DE10104603A1 - Stufengetriebe - Google Patents

Abstract

Die Erfindung geht aus von einem Stufengetriebe mit einer Schalt- und Wählvorrichtung zum Auswählen und Schalten von Schaltelementen, die zumindest eine Schaltwalze mit wenigstens einer Kurvenbahn aufweist. DOLLAR A Es wird vorgeschlagen, daß die Kurvenbahn von einem Kurvenbahnsegment gebildet ist, das mit zumindest zwei Schaltelementen nacheinander in Wirkverbindung bringbar ist und das zum Übergehen von einem Schaltelement axial verschiebbar und zum Schalten von einem Schaltelement über eine Arretiervorrichtung axial fixierbar ist.

Description

Aus der DE 195 09 477 A1 ist ein gattungsbildendes Stufenge­ triebe mit einer Schalt- und Wählvorrichtung bekannt. Die Schalt- und Wählvorrichtung besitzt eine Schaltwalze mit Steu­ erkurven, die sich über den gesamten Umfang der Schaltwalze erstrecken. In die Steuerkurven greift jeweils ein mit einer Schaltkupplung in Wirkverbindung stehender Schaltstift ein. Beim Drehen der Schaltwalze werden nacheinander Getriebegänge des Stufengetriebes geschaltet. Um auch Getriebegänge außer­ halb der von der Schaltwalze vorgegebenen Schaltreihenfolge schalten zu können, sind die Schaltstifte in einer zwischen jedem Getriebegang vorgesehenen Leerlaufposition aus den Steu­ erkurven aushebbar, wobei die Schaltstifte gleichzeitig gegen ein Verschieben in Schaltrichtung blockiert werden. Die Schaltwalze kann anschließend an eine beliebige andere Leer­ laufposition gedreht werden, an der die Schaltstifte wieder eingreifen. Von der neuen Leerlaufposition aus kann ein ande­ rer vorwählbarer Getriebegang geschaltet werden. Ein Ausheben der Schaltstifte kann durch Nocken oder durch Rampen am Grund der Steuerkurven erfolgen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Stufengetriebe mit einer Schalt- und Wählvorrichtung zu schaffen, das bei ei­ ner insbesondere einfachen Konstruktion mit wenigen Bauteilen ein willkürliches, schnelles und sicheres Auswählen und Schal­ ten von Schaltelementen ermöglicht. Sie wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Aus­ gestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung geht aus von einem Stufengetriebe mit einer Schalt- und Wählvorrichtung zum Auswählen und Schalten von Schaltelementen, die zumindest eine Schaltwalze mit wenigstens einer Kurvenbahn aufweist.

Es wird vorgeschlagen, daß die Kurvenbahn von einem Kurven­ bahnsegment gebildet ist, das mit zumindest zwei Schaltelemen­ ten nacheinander in Wirkverbindung bringbar ist und das zum Ü­ bergehen von einem Schaltelement axial verschiebbar und zum Schalten von einem Schaltelement über eine Arretiervorrichtung axial fixierbar ist. Es kann eine kostengünstige Schaltwalze mit nur einem Kurvenbahnsegment erreicht werden, die einfach über einen Aktor und über eine Arretiervorrichtung gesteuert werden kann. Die Schaltwalze kann besonders leicht ausgeführt werden, und es können aufgrund einer geringen Massenträgheit kurze Schaltzeiten erreicht werden, und zwar insbesondere auch bei direkten Mehrfachschaltungen.

Vorteilhaft erstreckt sich das Kurvenbahnsegment über einen Winkelbereich, der kleiner/gleich einem Winkelbereich zwischen zwei in Umfangsrichtung der Schaltwalze angeordneten, mit den Schaltelementen in Wirkverbindung stehenden und mit dem Kur­ venbahnsegment verbindbaren Koppelelementen ist. Es kann er­ reicht werden, daß das Kurvenbahnsegment stets zeitlich nach­ einander mit den Schaltelementen in Wirkverbindung kommt, wo­ durch die einzelnen Schaltelemente flexibel unabhängig vonein­ ander betätigt werden können. Grundsätzlich wäre jedoch auch denkbar, daß zwei oder mehrere Schaltelemente gleichzeitig mit dem Kurvenbahnsegment zumindest über einzelne Winkelbereiche in Wirkverbindung stehen.

Ist über das Kurvenbahnsegment ein Schaltelement in zumindest drei Schaltstellungen führbar, und zwar vorteilhaft in zwei a­ xiale Richtungen, insbesondere in eine erste aktive Schalt­ stellung, in eine mittlere Neutralstellung und in eine zweite aktive Schaltstellung, können mit einem einzelnen Kurvenbahn­ segment sämtliche Schaltstellungen aller Schaltelemente reali­ siert werden. Zusätzliche Kurvenbahnsegmente und dadurch be­ dingte Kosten und Gewicht können vermieden werden. Grundsätz­ lich könnte jedoch auch je Schaltrichtung ein Kurvenbahnseg­ ment vorgesehen sein. Ferner können auch mehrere Kurvenbahn­ segmente in axialer Richtung nebeneinander vorgesehen sein.

Das Kurvenbahnsegment kann verschiedenartig ausgeführt sein, vorteilhaft ist jedoch das Kurvenbahnsegment in der Art ausge­ führt, daß während eines Schaltvorgangs das Schaltelement durch das Kurvenbahnsegment ausgehend von einer Neutralstel­ lung in die erste aktive Schaltstellung, von der ersten akti­ ven Schaltstellung in die Neutralstellung, von der Neutral­ stellung in die zweite aktive Schaltstellung und von der zwei­ ten aktiven Schaltstellung zurück in die Neutralstellung ge­ führt wird. Der Anfang und das Ende des Kurvenbahnsegments sind vorteilhaft der Neutralstellung zugeordnet.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschla­ gen, daß die Schaltwalze axial verschiebbar gelagert ist, wo­ durch konstruktiv einfach ein axial verschiebbares Kurvenbahn­ segment erreicht werden kann. Möglich wäre jedoch auch, das Kurvenbahnsegment relativ zur Schaltwalze verschiebbar auszu­ führen.

Um insbesondere beim Übergehen eines Schaltelements eine unge­ wünschte Schaltbewegung des Schaltelements zu vermeiden, ist wenigstens ein bzw. sind vorzugsweise sämtliche Schaltelemente mit einer Arretiervorrichtung in ihren Stellungen arretierbar.

Ist die dem Schaltelement zugeordnete Arretiervorrichtung und die dem Kurvenbahnsegment zugeordnete Arretiervorrichtung ge­ koppelt, und zwar insbesondere in der Weise, daß beim Öffnen der dem Kurvenbahnsegment zugeordneten Arretiervorrichtung, die dem Schaltelement zugeordnete Arretiervorrichtung schließt und umgekehrt, kann eine einfache und sichere Steuerung er­ zielt werden.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschla­ gen, daß die dem Schaltelement zugeordnete Arretiervorrichtung und die dem Kurvenbahnsegment zugeordnete Arretiervorrichtung zumindest teilweise einstückig ausgeführt sind, und zwar be­ sonders vorteilhaft einen gemeinsamen Aktor aufweisen bzw. von einem gemeinsamen Aktor betätigt werden können. Zusätzliche Bauteile, Bauraum, Gewicht und Kosten können eingespart wer­ den. Anstatt einem gemeinsamen Aktor können jedoch auch ande­ re, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Bauteile einstückig ausgeführt werden, beispielsweise ein Schaltgestänge usw.

Die Schaltwalze kann aus einem Vollmaterial gebildet oder kann vorteilhaft hohl ausgeführt sein, wodurch Gewicht und Masse eingespart und die Schaltzeiten verkürzt werden können.

Ferner wird vorgeschlagen, daß die Schaltwalze über eine Arre­ tiervorrichtung in Umfangsrichtung arretierbar ist. Ein ge­ schaltetes Schaltelement kann zusätzlich oder allein durch die die Schaltwalze in Umfangsrichtung arretierende Arretiervor­ richtung in seiner Schaltstellung gehalten werden. Ferner kann mit einer entsprechenden Arretiervorrichtung die Schaltwalze zielgenau in Umfangsrichtung in eine bestimmte Winkelstellung gefahren und anschließend durch die Arretiervorrichtung in Um­ fangsrichtung gesichert werden. Vorteilhaft wird dabei die Ar­ retiervorrichtung von einer Rastvorrichtung gebildet, die vor­ zugsweise ohne Aktor selbsttätig ein- und ausrastet.

Die erfindungsgemäße Lösung kann bei verschiedenen, dem Fach­ mann als geeignet erscheinenden teil- oder vollautomatisierten Stufengetrieben eingesetzt werden, beispielsweise bei Stufen­ getrieben mit einer einzelnen Reibkupplung oder bei Stufenge­ trieben mit einer Doppelkupplung usw.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbe­ schreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Beschreibung und die Ansprüche ent­ halten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Ausschnitt eines schematisch dargestellten Stufengetriebes und

Fig. 2 einen schematisch dargestellten Schnitt entlang der Li­ nie II-II in Fig. 1.

Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt eines schematisch dargestellten Stufengetriebes mit einer Schalt- und Wählvorrichtung zum Aus­ wählen und Schalten von als Schaltmuffen ausgebildeten Schalt­ elementen 11, wobei von fünf Schaltelementen nur eines näher dargestellt ist und nachfolgend stets stellvertretend genannt ist.

Die Schalt- und Wählvorrichtung besitzt eine von einem Elekt­ romotor 28 angetriebene, hohle Schaltwalze 21 mit einer von einem Kurvenbahnsegment 10 gebildeten Kurvenbahn. Auf einer Ankerwelle 39 des Elektromotors 28 ist ein Zahnrad 40 befes­ tigt, das in einer an die Schaltwalze 21 angeformten Außenver­ zahnung 41 kämmt. Das Kurvenbahnsegment 10 ist über in Um­ fangsrichtung verteilt angeordnete, als Schaltgabeln ausge­ führte Koppelelemente 12, 13, 14, 15, 16, und zwar über je­ weils einen an die Schaltgabeln angeformten Bolzen 34, 35, 36, 37, 38, mit den Schaltelementen 11 nacheinander in Wirkverbin­ dung bringbar (Fig. 2).

Das Kurvenbahnsegment 10 bzw. die gesamte Schaltwalze 21 ist zum Übergehen eines Schaltelements 11 oder mehrerer Schaltele­ mente 11, insbesondere bei einer Mehrfachhochschaltung oder bei einer Mehrfachrückschaltung, axial verschiebbar gelagert, und zwar über zwei Gleitlager 26, 27 in zwei Lagerstellen 24, 25. Anstatt Gleitlager sind auch andere, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Lager denkbar, insbesondere auch Wälzla­ ger.

Zum Schalten eines Schaltelements 11 ist die Schaltwalze 21 ü­ ber eine Arretiervorrichtung 17 axial fixierbar. Die Arretier­ vorrichtung 17 besitzt einen von einem Elektromagneten gebil­ deten Aktor 22, mit dem ein Stößel 29 in eine Umfangsnut 30 der Schaltwalze 21 führbar und diese in ihrer axialen Stellung fixierbar ist. Ferner ist über den Aktor 22 ein nicht näher dargestelltes Gestänge betätigbar, über das Federelemente 32 einer als Rastverbindung ausgeführten Arretiervorrichtung 31 der Schaltelemente 11 weiter vorgespannt, Rastkugeln 33 in Rastausnehmungen 42 stärker gedrückt und die Schaltelemente 11 sicher in ihren Schaltstellungen gehalten werden können. Die Rastkugeln 33 und die Federelemente 32 sind in gehäusefesten Führungen 43 geführt. Die Rastausnehmungen 42 sind an die Schaltgabeln angeformt.

Der Stößel 29 und das Gestänge sind in der Weise mit dem Aktor 22 gekoppelt, daß sobald der Stößel 29 die Schaltwalze 21 in axialer Richtung freigibt, die Federelemente 32 weiter vorge­ spannt und die Schaltelemente 11 in ihren Schaltstellungen ge­ sichert werden. Wird die Schaltwalze 21 mit dem Aktor 22 durch den Stößel 29 in axialer Richtung arretiert, wird mit dem Ak­ tor 22 die Vorspannung der Federelemente 32 reduziert, so daß die Schaltelemente 11 einfach mit einer geringen Kraft in axi­ aler Richtung verschoben und geschaltet werden können.

Das Kurvenbahnsegment 10 erstreckt sich über einen Winkelbe­ reich der Schaltwalze 21, der kleiner ist als ein Winkelbe­ reich jeweils zwischen den über den Umfang der Schaltwalze 21 verteilt angeordneten Koppelelementen 12, 13, 14, 15, 16 bzw. Schaltgabeln. Über das Kurvenbahnsegment 10 können die Schalt­ elemente 11 zeitlich nacheinander jeweils in drei, in axialer Richtung nacheinander angeordnete Schaltstellungen 18, 19, 20 geführt werden, und zwar in beide axiale Richtungen, hinsicht­ lich Fig. 1 in eine linke, erste aktive Schaltstellung 18, in eine mittlere Neutralstellung 19 und in eine rechte, zweite aktive Schaltstellung 20. Die Schaltwalze 21 wird bei einem Hochschaltvorgang über den Elektromotor 28 stets in eine erste Drehrichtung und bei einem Rückschaltvorgang stets in eine zweite Drehrichtung angetrieben, wodurch mit einer kostengüns­ tigen und einfachen Steuerung eine hohe Sicherheit erreicht wird. Grundsätzlich ist jedoch auch denkbar, die Schaltwalze 21 über einen Elektromotor stets nur in eine Drehrichtung oder auch während eines Hoch- und Rückschaltvorgangs in zwei Dreh­ richtungen antreibbar auszuführen, beispielsweise um stets von einem Gang zu einem nachfolgenden Gang den kürzesten Drehwin­ kel der Schaltwalze 21 realisieren zu können und Schaltzeiten einzusparen.

Bei allen sequentiell ablaufenden Schaltvorgängen bleibt die Schaltwalze 21 axial fixiert. Wird in einem geschalteten Gang von einem Bediener oder von einem Automatikprogramm eine Mehr­ fachschaltung gefordert, wird mit dem Elektromotor 28 über die Schaltwalze 21, über das Kurvenbahnsegment 10 und über die entsprechende Schaltgabel, das dem geschalteten Gang zugeord­ nete Schaltelement 11 in seine Neutralstellung verschoben. Da­ bei ist die Schaltwalze 21 über die Arretiervorrichtung 17 in axialer Richtung fixiert und die vom Elektromotor 28 erzeugte Drehbewegung der Schaltwalze 21 wird durch das Kurvenbahnseg­ ment 10 in eine axiale Stellbewegung der entsprechenden Schaltgabel umgewandelt.

Anschließend wird die Schaltwalze 21 durch die Arretiervor­ richtung 17 in ihrer axialen Richtung freigegeben, und zwar indem mit dem Aktor 22 der Stößel 29 aus der Umfangsnut 30 ge­ zogen wird. Ferner werden gleichzeitig über den Aktor 22, über das Gestänge die Federelemente 32 der Arretiervorrichtung 31 weiter vorgespannt und die Schaltgabeln und mit den Schaltga­ beln die Schaltelemente 11 in ihren Stellungen sicher fixiert. Anstatt einer Koppelung der Arretiervorrichtung 17 und der Ar­ retiervorrichtung 31 wäre auch denkbar, die Arretiervorrich­ tung 31 entsprechend auf die beim Übergehen der Schaltelemente 11 entstehenden Kräfte, insbesondere Reibungskräfte, auszule­ gen.

Nach Freigabe der Schaltwalze 21 durch die Arretiervorrichtung 17 in axialer Richtung wird mit dem Elektromotor 28 die Schaltwalze 21 zum entsprechend zu schaltenden Schaltelement 11 bzw. zu der dem zu schaltenden Schaltelemente 11 zugeordne­ ten Schaltgabel gedreht. Die Schaltwalze 21 kann dabei die da­ zwischen liegenden Schaltelemente 11 bzw. Schaltgabeln überge­ hen, ohne diese zu schalten, und zwar indem die Schaltwalze 21 in axialer Richtung angetrieben über die im Kurvenbahnsegment 10 geführten Bolzen 34, 35, 36, 37, 38 in axialer Richtung be­ wegt werden kann, während die Schaltgabeln in axialer Richtung in ihren Stellungen durch die Arretiervorrichtung 31 fixiert sind.

Ist die zu schaltende Schaltgabel erreicht, wird die Schalt­ walze 21 über die Arretiervorrichtung 17 in axialer Richtung fixiert, und zwar indem der Stößel 29 in die Umfangsnut 30 der Schaltwalze 21 geführt wird. Ferner werden mit dem Aktor 22 ü­ ber das Gestänge die Vorspannungen der Federelemente 32 redu­ ziert, so daß diese mit einer geringen Schaltkraft geschaltet werden können.

Anschließend wird die ausgewählte Schaltgabel und über die Schaltgabel das entsprechende Schaltelement 11 in seine ge­ wünschte Schaltstellung 18, 19 oder 20 verschoben, und zwar indem die Schaltwalze 21 mit dem Elektromotor 28 drehend ange­ trieben wird, und die Drehbewegung der Schaltwalze 21 über das Kurvenbahnsegment 10, über den entsprechenden Bolzen 34, 35, 36, 37, 38 und die entsprechende Schaltgabel auf das entspre­ chende Schaltelement 11 übertragen und in eine axiale Schalt­ bewegung umgewandelt wird.

Das Kurvenbahnsegment 10 ist in der Art ausgeführt, daß wäh­ rend eines Schaltvorgangs das Schaltelement 11 durch das Kurvenbahnsegment 10, ausgehend von der Neutralstellung 19 in ei­ ne erste aktive Schaltstellung 18 oder 20, von der ersten ak­ tiven Schaltstellung 18 oder 20 in die Neutralstellung 19, von der Neutralstellung 19 in die zweite aktive Schaltstellung 18 oder 20 und von der zweiten aktiven Schaltstellung 18 oder 20 zurück in die Neutralstellung 19 geführt wird. Der Anfang und das Ende des Kurvenbahnsegments 10 sind jeweils der Neutral­ stellung 19 zugeordnet.

Ist die gewünschte Schaltstellung 18, 19 oder 20 und eine ent­ sprechende Winkelstellung der Schaltwalze 21 erreicht, wird diese über eine als Rastvorrichtung ausgebildete Arretiervor­ richtung 23 in Umfangsrichtung arretiert. Über die Arretier­ vorrichtung 23 und die Arretiervorrichtung 31 ist die entspre­ chend geschaltete Schaltgabel und mit der Schaltgabel das ent­ sprechend geschaltete Schaltelement 11 in seiner Schaltstel­ lung 18, 19 oder 20 sicher fixiert.

Claims (10)

1. Stufengetriebe mit einer Schalt- und Wählvorrichtung zum Auswählen und Schalten von Schaltelementen, die zumindest eine Schaltwalze mit wenigstens einer Kurvenbahn aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurvenbahn von einem Kurvenbahnsegment (10) gebildet ist, das mit zumindest zwei Schaltelementen (11) nacheinander in Wirkverbindung bringbar ist und das zum Übergehen von einem Schaltelement (11) axial verschiebbar und zum Schalten von ei­ nem Schaltelement (11) über eine Arretiervorrichtung (17) axial fixierbar ist.

2. Stufengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kurvenbahnsegment (10) sich über einen Winkelbereich erstreckt, der kleiner/gleich einem Winkelbereich zwischen zwei in Umfangsrichtung der Schaltwalze (21) angeordneten, mit den Schaltelementen (11) in Wirkverbindung stehenden und mit dem Kurvenbahnsegment (10) verbindbaren Koppelelementen (12, 13, 14, 15, 16) ist.

3. Stufengetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß über das Kurvenbahnsegment (10) ein Schaltelement (11) in zumindest drei Schaltstellungen (18, 19, 20) führbar ist.

4. Stufengetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltwalze (21) axial verschiebbar gelagert ist.

5. Stufengetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Schaltelement (11) mit einer Arretiervor­ richtung (31) in seiner Stellung arretierbar ist.

6. Stufengetriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Schaltelement (11) zugeordnete Arretiervorrichtung (31) und die dem Kurvenbahnsegment (10) zugeordnete Arretier­ vorrichtung (17) gekoppelt sind.

7. Stufengetriebe nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Schaltelement (11) zugeordnete Arretiervorrichtung (31) und die dem Kurvenbahnsegment (10) zugeordnete Arretier­ vorrichtung (17) zumindest teilweise einstückig ausgeführt sind.

8. Stufengetriebe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Schaltelement (11) zugeordnete Arretiervorrichtung (31) und die dem Kurvenbahnsegment (10) zugeordnete Arretier­ vorrichtung (17) einen gemeinsamen Aktor (22) aufweisen.

9. Stufengetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltwalze (21) hohl ausgeführt ist.

10. Stufengetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltwalze (21) über eine Arretiervorrichtung (23) in Umfangsrichtung arretierbar ist.