DE102004002282A1

DE102004002282A1 - Schaltvorrichtung für ein Zahnradwechselgetriebe

Info

Publication number: DE102004002282A1
Application number: DE200410002282
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl.-Ing. Fischer
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2004-01-16
Filing date: 2004-01-16
Publication date: 2005-08-04

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltvorrichtung für ein Zahnradwechselgetriebe, mit einem Schalthebel (2) und einer Servoeinheit (11), bei der die auf den Schalthebel (2) ausgeübte Schaltbewegung über die Servoeinheit (11) in das Zahnradwechselgetriebe übertragbar ist, bei der die Servoeinheit (11) eine Steuerstange (9) sowie eine Kolbenstange (10) aufweist, bei der die Steuerstange (9) mit dem Schalthebel (2) verbunden ist und die Kolbenstange (10) mit dem Zahnradwechselgetriebe in Verbindung steht. Zur Verbesserung einer solchen Schaltvorrichtung ist vorgesehen, dass zwischen dem Schalthebel (2) und der Steuerstange (9) ein Übersetzungshebel (6) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltvorrichtung für ein Zahnradwechselgetriebe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei derartigen Schaltvorrichtungen dient die Drehbewegung einer mit einem Getriebeschalthebel verbundenen Schaltstange zur Auswahl der einzelnen Schaltgassen und erfordert im allgemeinen keine hohen Betätigungskräfte. Die axiale Längsbewegung dieser Schaltstange dient zum Einlegen des gewünschten Ganges und erfordert insbesondere bei Getrieben für schwere Fahrzeuge sowie bei solchen Fahrzeugen, deren Fahrersitz vom Getriebe entfernt angeordnet ist, größere Schaltkräfte.
Heutige Nutzfahrzeuge, wie etwa Omnibusse und Lastkraftwagen, weisen mit ihrer Frontlenker-Bauweise räumliche Gegebenheiten für den Einbau des Getriebes auf, durch die das Getriebe zwangsläufig weit entfernt vom Fahrersitz angeordnet ist. Besonders groß ist diese Entfernung vor allem bei Fahrzeugen mit Unterflur- oder Heckmotoren. Durch das lange, bisweilen stramm betätigbare Schaltgestänge wird bei mechanisch geschalteten Getrieben ein exakter Gangwechsel oft erschwert.

Um dem Fahrer den Schaltvorgang zu erleichtern und ein exaktes Schalten zu ermöglichen, sind bereits pneumatische Schalthilfen bzw. Servoeinheiten bekannt. Eine solche Schalthilfe in aufgelöster Bauweise ist beispielsweise aus der Druckschrift „Loomann; Zahnradgetriebe; 2. Auflage; Springer Verlag; 1988; S. 225" bekannt. Diese Schalthilfen bestehen aus einem mechanisch-pneumatischen Steuerteil und einem separaten pneumatischen Kraftteil. Der Steuerteil ist als mechanisch betätigtes Steuerventil aus gebildet, welches vom Schaltgestänge betätigt wird. Die Übertragung der Schaltbewegung des Schalthebels erfolgt dabei direkt auf das Getriebe.

Durch die Übertragung der Schaltbewegung wird das Steuerventil betätigt und gleichzeitig die Handschaltkraft mechanisch über einen Hebel auf das Getriebe übertragen. Die Handschaltkraft wird dabei zusätzlich von einem Druckluftzylinder pneumatisch unterstützt. Dieser Druckluftzylinder bildet als ein Zweistellungszylinder mit integriertem hydraulischem Dämpfer den erwähnten pneumatischen Kraftteil. Eine direkte proportionale Abbildung der Handschaltkraft wird hierbei jedoch nicht erreicht.

Aus der DE 195 39 471 A1 ist zudem eine Schaltvorrichtung bekannt, bei der die Servounterstützung durch Ändern des Ventilkolbendurchmessers in der Servoeinheit verändert werden kann. Eine solche Servounterstützung kann z. B. bei Verwendung eines Schaltgestänges mit sehr gutem Wirkungsgrad die Anforderungen an den Schaltkomfort befriedigend erfüllen, während diese Anforderungen an den Schaltkomfort bei Verwendung einer Kabelzugschaltung mit einem schlechteren Wirkungsgrad nicht mehr erfüllt werden.

Hierzu gäbe es nun die Möglichkeit, den Durchmesser des Ventilkolbens zu verkleinern und damit die Servokennlinie steiler zu machen. Allerdings bedeutet dies, dass für jede Art von Schaltvorrichtung und/oder jeden Wirkungsgrad eine gesonderte Servoeinheit benötigt würde, um beispielsweise auch die unterschiedlichen Wirkungsgradeinflüsse zu kompensieren. Auch hinsichtlich der unterschiedlichen Übersetzungsverhältnisse verschiedener Schaltvorrichtungen wäre der gleiche Nachteil zu verzeichnen. So wäre in Abhängigkeit vom Übersetzungsverhältnis im Schaltbock des Schalthebels und/oder in der getriebeinternen Getriebeschaltvorrichtung (Schaltausleger und Innenschaltung) eine individuell angepasste Servoeinheit notwendig.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine gattungsbildende Schaltvorrichtung mit einer Servoeinheit derart weiterzubilden, dass diese bei unterschiedlichen Getriebeschaltvorrichtungen genutzt werden kann. Insbesondere soll es bei einer solchen Schaltvorrichtung auf einfache Weise möglich sein, unterschiedliche und an die schaltvorrichtungsindividuelle Schaltmechanik angepasste Servokennlinien bei Verwendung einer einheitlichen Servoeinheit einzustellen.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Hauptanspruchs, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar sind.

Die Erfindung geht demnach aus von einer Schaltvorrichtung für ein Zahnradwechselgetriebe, vorzugsweise für Kraftfahrzeuge, mit einem Schalthebel und einer Servoeinheit, wobei die auf den Schalthebel ausgeübte Betätigungsbewegung über die Servoeinheit in das Zahnradwechselgetriebe übertragbar ist, und bei der die Servoeinheit eine Steuerstange und eine Kolbenstange aufweist, wobei die Steuerstange mit dem Schalthebel verbunden ist, und die Kolbenstange mit dem Zahnradwechselgetriebe in Verbindung steht. Erfindungsgemäß ist zudem vorgesehen, dass zwischen dem Schalthebel und der Steuerstange eine Übersetzung vorgesehen ist.

Der Vorteil der Übersetzung besteht darin, dass eine standardisierte Servoeinheit für unterschiedliche Schaltvorrichtungen verwendet werden kann, wobei die Servokennlinie durch die Übersetzung an die Gegebenheiten der jeweiligen Schaltvorrichtung anpassbar ist.

Die Übersetzung ist bevorzugt durch einen Übersetzungshebel gebildet, wobei das eine Ende des Übersetzungshebels in die Steuerstange eingreift, während das gegenüberliegende Ende des Übersetzungshebels schwenkbar gelagert ist. Zudem ist bei diesem Aufbau vorgesehen, dass eine Schaltbewegung des Schalthebels über einen zwischen den beiden Enden des Übersetzungshebels in einem Lager angreifenden Hebel auf den Übersetzungshebel übertragbar ist.

Damit ist eine Möglichkeit gegeben, die vorgeschlagene Übersetzung mit einem vergleichsweise einfachen konstruktiven Aufbau zu verwirklichen. Der vorgeschlagene Übersetzungshebel kann durch ein einfaches Blechstanzteil gebildet sein, welches kostengünstig in großen Stückzahlen herstellbar ist.

Ferner wird vorgeschlagen, das schwenkbar gelagerte Ende des Übersetzungshebels in einem Lager zu lagern, und dieses Lager direkt oder indirekt mit der Kolbenstange zu verbinden. Die räumlich sehr nah angeordnete Kolbenstange wird damit auf geschickte Weise auch noch als Anbringungsort des Lagers für den Übersetzungshebel genutzt, welches insbesondere im Sinne eines einfachen konstruktiven Aufbaus vorteilhaft ist.

Außerdem wird durch die Lagerung des Endes des Übersetzungshebels an der Kolbenstange die Ausgangsgröße der Servoeinheit, nämlich die Bewegung der Kolbenstange, auch zur Beeinflussung der auf die Steuerstange einwirkenden Stellbewegung genutzt. Übt die Kolbenstange eine Stellbewegung auf die Schaltschiene des Zahnradwechselgetriebes aus, so wird darüber auch die Lagerung des Übersetzungshebels bewegt und damit die Bewegung des Übersetzungshebels beeinflusst. Damit ist eine einfache und direkte Rückkopplung der genannten Ausgangsgröße auf die Eingangsgröße der Servoeinheit geschaffen.

Die Übersetzung der Schaltbewegung von dem Schalthebel in die Servoeinheit kann konstruktiv auf einfache Art dadurch realisiert werden, dass der Übersetzungshebel durch das Lager, in das der die Schaltbewegung übertra gende Hebel eingreift, in einen ersten Teilabschnitt von dem Lager bis zu der Steuerstange, und einen zweiten Teilabschnitt von dem Lager bis zu dem schwenkbar gelagerten Ende unterteilt ist, wobei der erste Teilabschnitt kleiner als der zweite Teilabschnitt ist. Der Übersetzungshebel selbst kann austauschbar ausgebildet sein, so dass die Servokennlinie durch Austausch des Übersetzungshebels gegen einen Übersetzungshebel mit einer anderen Übersetzung variiert werden kann.

Ferner wird vorgeschlagen, den zweiten Teilabschnitt des Übersetzungshebels kürzer als den in das Lager des Übersetzungshebels eingreifenden Hebel auszubilden. Damit ist es möglich, eine Übersetzung mit vergleichsweise kleinen baulichen Abmessungen zu schaffen.

Ein besonderer Vorteil in der Erfindung besteht darin, dass die Servokennlinie im Einbauzustand der Schaltvorrichtung bei Verwendung ein und derselben Servoeinheit grundsätzlich nachträglich noch optimiert werden kann. Dies kann von besonderem Interesse sein, da bestimmte, den Wirkungsgrad der Schaltvorrichtung beeinflussende Parameter erst im Einbauzustand wirksam werden.

Wird ein anderer Übersetzungshebel vennrendet, so ist die Länge des Übersetzungshebels oder des in den Übersetzungshebel eingreifenden Hebels konstant zu wählen. Das geänderte Übersetzungsverhältnis wird dann durch die Veränderung der Länge des jeweils anderen Hebels erreicht. Dazu können an den genannten Hebeln Einstellmittel ausgebildet sein.

Wird der eingreifende Hebel in der Länge konstant gewählt, dann wird eine geänderte Übersetzung durch eine Veränderung der Länge des zweiten Teilabschnittes des Übersetzungshebels eingestellt. Alternativ kann das Übersetzungsverhältnis dadurch geändert werden, indem die Länge des Überset zungshebels konstant gewählt wird und der in den Übersetzungshebel eingreifende Hebel in seiner Länge variiert wird. In diesem Fall wird dann das Verhältnis der Teilabschnitte des Übersetzungshebels zueinander verändert. Dazu können an den genannten Hebeln Längen-Einstellmittel ausgebildet sein.

Außerdem kann bei dieser Schaltvorrichtung vorgesehen sein, dass eine Schaltschiene direkt oder über Hebel mit der Kolbenstange verbunden ist.

Schließlich ist anzumerken, dass die Schaltvorrichtung als Kabelzug-, Schaltstangen- oder als hydrostatische Schaltvorrichtung ausgebildet sein kann.

Zur Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung beigefügt. In dieser zeigt

1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäß ausgebildeten Schaltstangen-Schaltvorrichtung, und

2 ein Diagram mit unterschiedlichen Servokennlinien.

Demnach ist in 1 eine Schaltvorrichtung 1 eines Kraftfahrzeuges schematisch abgebildet, zu der eine Servoeinheit 11 gehört, die über eine Anschlussleitung 18 mit einem Vorratsbehälter 17 für ein Druckmittel verbunden ist. Die Servoeinheit 11 dient zur Unterstützung einer bei einem Gangwechsel am Handschalthebel 2 aufgebrachten Handschaltkraft eines Fahrzeugführers. Der Aufbau der Servoeinheit 11 ist im einzelnen nicht dargestellt, da dieser für die Erfindung keine Bedeutung besitzt. Es ist jedoch denkbar, eine Servoeinheit 11 mit dem aus der DE 195 39 471 A1 bekannten Aufbau zu nutzen.

Zudem gehören zu der Schaltvorrichtung 1 einige Hebel und Lager, durch deren Zusammenwirken in Verbindung mit der Servoeinheit 11 eine Schaltschiene 13, 13' axial betätigbar ist, an der in diesem Ausführungsbeispiel eine Schaltgabel 19, 20 befestigt ist. Dieser Schaltgabel 19, 20 greift in an sich bekannter Weise in ein Koppelmittel des Getriebes, mit dem zur Realisierung eines Gangwechsels drehbar gelagerte Zahnräder drehfest mit einer Getriebewelle verbindbar sind.

Bei einer konkreten Schaltbetätigung der Schaltvorrichtung 1 übt der Fahrzeugführer eine den Schaltvorgang auslösende Schaltkraft auf den Schalthebel 2 aus, um so beispielsweise von dem ersten Getriebegang in den zweiten Gang zu wechseln. Die Schaltbewegung wird dazu von dem Schalthebel 2 über eine Schaltstange 3 (bei einer Kabelzug-Schaltvorrichtung durch ein Kabel, vorzugsweise Zug-Druckkabel) und bei einer hydrostatischen Schaltvorrichtung durch eine Fluidleitung auf einen Hebel 4 übertragen, dessen Bewegung über die Hebelumlenkung 5 in eine Schwenkbewegung eines Hebels 15 umgesetzt wird. Der Hebel 15 greift in ein Lager 7 am Übersetzungshebel 6 ein, während letzterer mit einer Steuerstange 9 der Servoeinheit 11 über ein Schwenklager verbunden ist.

Die Bewegung des Schalthebels 2 wird durch die Servoeinheit 11 kraftunterstützt auf die Kolbenstange 10 übertragen, wozu letztere indirekt über einen Hebel 16, eine Hebelumlenkung 12 und einen Hebel 14 mit der genannten Schaltschiene 13 verbunden ist. Alternativ dazu kann die Kolbenstange 10 aber auch direkt mit einer Schaltschiene verbunden sein, welches durch die gestrichelt dargestellte Schaltschiene 13' angedeutet ist.

Die Längsbewegung der Schaltschiene 13 bzw. 13' führt wie bereits erwähnt zu einem Wechsel der ein Drehmoment übertragenden Zahnradpaarungen im Getriebe und damit zu einem Gangwechsel.

Der Übersetzungshebel 6 greift mit seinem einen Ende in die Steuerstange 9 ein und ist mit seinem anderen Ende schwenkbar in einem Lager 8 an dem Hebel 16 gelagert. Der Übersetzungshebel 6 ist durch dieses Lager 7 in einen zweiten Teilabschnitt 6a und einen ersten Teilabschnitt 6b unterteilt.

Der Teilabschnitt 6a erstreckt sich von dem Lager 7 bis zum axialen Ende des Übersetzungshebels 6 am Lager 8. Der Teilabschnitt 6b ist dagegen derjenige Abschnitt des Übersetzungshebels, welcher vom Lager 7 bis zu der Eingriffstelle in die Steuerstange 9 reicht. Das Längenverhältnis der Teilabschnitte 6a und 6b zueinander bestimmt letztlich das durch den Übersetzungshebel 6 vorgegebene Übersetzungsverhältnis.

Ferner ist für die Wirksamkeit der Übersetzung die Länge des Teilabschnittes 6a von Bedeutung. Sofern die Länge des Teilabschnittes 6a gleich der Länge des Hebels 15 ist, findet keine Übersetzung statt. Wichtig ist daher, dass die Länge des Teilabschnittes 6a kleiner als die Länge des Hebels 15 sein soll.

Der Vorteil der Erfindung ist nun darin zu sehen, dass die Bewegung des Hebels 15 und die Bewegung der Steuerstange 9 unterschiedlich sein können. Ist eine große Stellbewegung der Steuerstange 9 auch bei kleinen Bewegungen des Hebels 15 erwünscht, so muss der Teilabschnitt 6a des Übersetzungshebels 6 möglichst klein gegenüber der Länge des Hebels 15 und des Teilabschnittes 6b gewählt werden.

Soll dagegen eine größere Bewegung der Steuerstange 9 erzeugt werden, dann muss der Teilabschnitt 6a umgekehrt entsprechend groß ausgelegt werden. Damit ist eine Möglichkeit geschaffen, bei Verwendung der gleichen Servoeinheit 11 die von dieser ausgeübte Kraftunterstützung für die Hand schaltbewegung für unterschiedliche Schaltvorrichtungen unterschiedlich auszulegen, indem unterschiedliche Übersetzungen gewählt werden.

Für die Schaltvorrichtung 1 kann dann durch Austausch des Hebels 15 und des Übersetzungshebels 6 eine veränderte Servounterstützung erreicht werden, wodurch einbauspezifische Wirkungsgradunterschiede oder Unterschiede in der Verwendung von Kabelzugschaltungen, hydrostatischen Schaltungen oder Gestängeschaltungen vorteilhaft ausgeglichen werden können.

Auf diese Weise kann auch bei einer nahezu fertig ausgelegten und eingebauten Schaltvorrichtung durch nur geringe bauliche Veränderungen eine Optimierung der Servounterstützung im Einbauzustand vorgenommen werden. Dies ist insbesondere von Vorteil, da bestimmte Wirkungsgradeinflüsse erst im Einbauzustand der Schaltvorrichtung fahrzeugtypindividuell festgestellt werden können. Ebenso kann durch eine solche Anordnung eine Servoeinheit an unterschiedliche Synchronisierungen angepaßt werden, so dass deren Belastungen berücksichtigt werden.

2 zeigt in einer qualitativen Darstellung den Verlauf von Servokennlinien der Servoeinheit 11 für unterschiedliche Schaltvorrichtungen. Deutlich erkennbar ist hierbei, dass durch die geschilderte Einstellung des Übersetzungshebels 6 und des Hebels 15 sowie durch die damit verbundene Übersetzungsänderung bei gleicher Handschaltkraft F_H unterschiedlich große Unterstützungskräfte U_K1 beziehungsweise U_K2 durch die Servoeinheit 11 einstellbar sind. Die vorgestellte Schaltvorrichtung 1 ist dabei derart flexibel einstellbar, dass die zwischen der Kennlinie A für eine Gestängeschaltung und der Kennlinie B für eine Kabelzugschaltung liegenden Servokennlinien weitgehend frei einstellbar sind.

1: Schaltvorrichtung
2: Schalthebel
3: Schaltstange
4: Hebel
5: Hebelumlenkung
6: Übersetzungshebel
6a: Teilabschnitt
6b: Teilabschnitt
7: Lager
8: Lager
9: Steuerstange
10: Kolbenstange
11: Servoeinheit
12: Hebelumlenkung
13: Schaltschiene
13': Schaltschiene
14: Hebel
15: Hebel
16: Hebel
17: Vorratsbehälter
18: Anschlussleitung
19: Schaltgabel
20: Schaltgabel
F_H: Handschaltkraft
U_K1: Unterstützungskraft
U_K2: Unterstützungskraft

Claims

Schaltvorrichtung für ein Zahnradwechselgetriebe, mit einem Schalthebel (2) und einer Servoeinheit (11), bei der die auf den Schalthebel (2) ausgeübte Schaltbewegung über die Servoeinheit (11) in das Zahnradwechselgetriebe übertragbar ist, bei der die Servoeinheit (11) eine Steuerstange (9) sowie eine Kolbenstange (10) aufweist, bei der die Steuerstange (9) mit dem Schalthebel (2) verbunden ist, und die Kolbenstange (10) mit dem Zahnradwechselgetriebe in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Schalthebel (2) und der Steuerstange (9) eine Übersetzungsvorrichtung (6) angeordnet ist.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Übersetzungsvorrichtung ein Übersetzungshebel (6) ist.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Übersetzungshebel (6) zur Einstellung unterschiedlicher Übersetzungsverhältnisse austauschbar ausgebildet ist.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Ende des Übersetzungshebels (6) in die Steuerstange (9) eingreift, während das gegenüberliegende Ende des Übersetzungshebels (6) schwenkbar gelagert ist, und dass eine Schaltbewegung des Schalthebels (2) über einen zwischen den beiden Enden des Übersetzungshebels (6) in einem Lager (7) angreifenden Hebel (15) auf den Übersetzungshebel (6) übertragbar ist.
Schaltvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das drehbar gelagerte Ende des Übersetzungshebels (6) in einem Lager (8) schwenkbar gelagert ist, und das Lager (8) direkt oder indirekt mit der Kolbenstange (10) verbunden ist.
Schaltvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Übersetzungshebel (6) durch das Lager (7) in einen ersten Teilabschnitt (6b) von dem Lager (7) bis zu der Steuerstange (9) und in einen zweiten Teilabschnitt (6a) von dem Lager (7) bis zu dem schwenkbar gelagerten Ende unterteilt ist, und dass der erste Teilabschnitt (6b) kürzer als der zweite Teilabschnitt (6a) ist.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Teilabschnitt (6b) kürzer als der in das Lager (7) des Übersetzungshebels (6) eingreifende Hebel (15) ist.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Übersetzungshebel (6) und/oder der an dem Übersetzungshebel (6) angreifende Hebel (15) Einstellmittel aufweist, mittels denen diese längenverstellbar ist.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Übersetzungshebel (6) Einstellmittel aufweist, mittels denen dessen Teilabschnitte (6a, 6b) zueinander längenverstellbar sind.
Schaltvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schaltschiene (19) direkt, oder eine Schaltschiene (20) über Hebel (14, 16) mit der Kolbenstange (10) verbunden ist.
Schaltvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese als Stangen-, Kabel- oder als hydrostatische Schaltvorrichtung ausgebildet ist.