DE102008045658A1

DE102008045658A1 - Druckmittelbetätigte Schaltvorrichtung eines Stufenwechselgetriebes

Info

Publication number: DE102008045658A1
Application number: DE102008045658A
Authority: DE
Inventors: Thomas Nehmeyer
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-09-03
Filing date: 2008-09-03
Publication date: 2010-03-04

Abstract

Es ist eine druckmittelbetätigte Schaltvorrichtung (10) eines Stufenwechselgetriebes, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, offenbart. Die Schaltvorrichtung (10) umfasst eine im Querschnitt kreisrunde oder rechteck- oder vieleckförmige Schaltstange (18), an der ein Schaltelement befestigt ist, und wenigstens einen mit der Schaltstange (18) einseitig verbundenen Linearantrieb zu deren axialer Verschiebung. Es ist vorgesehen, dass der Linearantrieb ein doppelt wirkender fluidischer Antrieb ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine druckmittelbetätigte Schaltvorrichtung eines Stufenwechselgetriebes mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1. Es sind druckmittelbetätigte Schaltvorrichtungen für Stufenwechselgetriebe von Kraftfahrzeugen bekannt, bei denen die Enden einer Schaltstange bzw. einer Schaltschiene kolbenförmig ausgebildet sind. Die Kolben sind axial verschiebbar in Zylindern geführt, die im Getriebegehäuse angeordnet sind. Die Kolben und die Zylinder bilden zusammen Druckkammern aus, die über im Getriebegehäuse angeordnete Druckmittelleitungen mit Druck beaufschlagbar sind. Der daraus resultierende Druck in den Druckkammern übt eine axial gerichtete Kraft auf die Kolben und damit auf die Schaltstange aus. Durch Anlegen unterschiedlicher Drücke an die zwei Druckkammern kann die Schaltstange in einer definierten Weise zwischen mindestens zwei Positionen verschoben werden. Gleichzeitig mit der Schaltstange wird ein daran befestigtes Schaltelement zwischen diesen mindestens zwei axial benachbarten Stellungen verschoben. Bei dem Schaltelement kann es sich entweder um eine Schaltgabel oder einen Schaltfinger handeln. Meist wird die Schaltstange zwischen drei axial benachbarten Positionen verschoben, wobei die axial außen liegenden Stellungen einer eingelegten Übersetzungsstufe des Getriebes und die mittlere Stellung einer Neutralstellung entsprechen. Als Druckmittel kann sowohl eine geeignete Hydraulikflüssigkeit als auch Druckluft verwendet werden. Weiterhin können auf die beschriebene Weise auch andere Getriebeelemente wie bspw. ein Zahnrad zum Schalten eines Rückwärtsganges betätigt werden. Solche druckmittelbetätigten Schaltelemente werden insbesondere bei automatisierten Schaltgetrieben und/oder bei sog. Doppelkupplungsgetrieben zur direkten Betätigung der Schaltelemente und Schaltgabeln eingesetzt.
Aus der DE 34 35 160 C2 ist eine druckmittelbetätigte Schaltvorrichtung eines Stufenwechselgetriebes bekannt. An einer Schaltstange ist mittig eine Schaltgabel befestigt. Die Schaltstange trägt an ihren beiden axialen Enden je einen Kolben und ist in zylindrischen Ausnehmungen an gegenüber liegenden Seiten eines Getriebegehäuses axial verschiebbar gelagert. Je ein Kolben bildet zusammen mit je einer zylindrischen Ausnehmung eine Druckkammer. Jede Druckkammer kommuniziert mittels einer Druckmittelleitung mit einem Druckmittelreservoir, wobei die Druckmittelleitungen in gegenüber liegenden Wandungen des Getriebegehäuses eingebracht sind. Durch Anlegen unterschiedlicher Drücke in beiden Druckkammern kann die Schaltstange in drei axial benachbarte Positionen verfahren werden.
Die DE 102 15 874 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Lagerung und zur Betätigung eines Schaltelements mittels eines in einem Druckraum längsbeweglichen sowie mit Druck beaufschlagten Kolbens. Das Schaltelement ist bei einer Schaltbewegung längs relativ zu einem dünnwandigen Lagerring bewegbar und an diesem mittels sich an dem Lagering abwälzenden Wälzkörpern abgestützt. Der Druckraum ist umfangsseitig durch einen das Schaltelement stützenden äußeren Lagerring zumindest teilweise begrenzt, wobei der Kolben in dem äußeren Lagerring längsbeweglich angeordnet ist.
Aus der DE 102 60 425 A1 ist eine Stellvorrichtung zur Betätigung einer Schaltschiene bekannt, wobei die Schaltschiene zum Wechseln eines Ganges über jeweils einen an ihren längsseitigen Enden angeordneten, flexibel mit der Schaltschiene verbundenen, mit Druck beaufschlagbaren Kolben hydraulisch oder pneumatisch axial verschiebbar ist.
Die DE 103 08 216 A1 offenbart ein automatisiertes Schaltgetriebe mit mindestens einer Schaltstange, die zum Ein- und Auslegen von ein bis zwei zugeordneten Gängen beiderseits endseitig jeweils in einer gehäusefesten geschlossenen Zylinderbohrung begrenzt, axialbeweglich gelagert und über einen in der Zylinderbohrung angeordneten Stellkolben hydraulisch axialverschiebbar ist. Der Stellkolben begrenzt mit seiner der Zylinderbohrung zugewandten Innenseite einen Druckraum der Zylinderbohrung. Er weist an seinem Außenumfang eine innere Radialdichtung zur Abdichtung des Druckraums, eine äußere Radialdichtung zum Schutz von Dicht- und Gleitflächen und eine zwischen der inneren und der äußeren Radialdichtung angeordnete Gleitführung auf. Zur Entlüftung des Druckraums und zur Schmierung der Radialdichtungen und der Gleitführung ist der Stellkolben mit einem Leckagekanal versehen, über den der Druckraum und die Außenwand der Gleitführung miteinander in Verbindung stehen.
Aus der DE 10 2004 053 205 A1 geht eine weitere druckmittelbetätigte Schaltvorrichtung eines Stufenwechselgetriebes hervor, die eine Schaltstange mit einem daran befestigten Schaltelement aufweist. Die axialen Enden der Schaltstange greifen jeweils in als Druckkammern ausgebildete Zylinder ein. Jede Druckkammer weist eine Druckmittelleitung zur Versorgung mit einem Druckmittel auf. Die Schaltstange ist zumindest teilweise hohl ausgeführt, so dass zumindest eine der Druckkammern über den hohl ausgeführten Teil der Schaltstange mit der zugehörigen Druckmittelleitung kommunizieren kann.
Die bekannten Betätigungen weisen meist im Querschnitt rechteckförmige Schaltschienen auf, die mit zylindrischen, jeweils einfach wirkenden Kolbenelementen axial verschoben werden. Die Kolbenelemente sind jeweils an beiden Stirnseiten der Schaltschiene angeordnet und verschieben diese bei wechselseitiger Druckbeaufschlagung. Jede der Kolbeneinheiten kann daher immer nur in eine Schaltrichtung wirken. Wahlweise kann das Kolbenelement auch durch Verstiften oder mittels einer anderen Verbindung mit einer Schaltstange mit kreisrundem Querschnitt verbunden werden. Solche Kolbenelemente können dadurch doppelt wirkend ausgebildet sein, so dass sie axiale Schalt kräfte in beiden Richtungen auf die Schaltstange übertragen können. Ist die Aktoreinheit doppelt wirkend, müssen zwei Druckräume zur Verfügung gestellt und druckdicht abgeschlossen werden.
Die Lagerung der Schaltschienen und Schaltstangen kann über unterschiedliche Wälzlager- und/oder Gleitlagerbauformen erfolgen. So zeigt bspw. die DE 20 2005 014 599 U1 ein Getriebeschaltelement mit Führungselementen aus Kunststoff. Das Getriebeschaltelement umfasst zumindest einen Schienenteil und einen Gabelteil, die miteinander verbunden sind und zur Übertragung von Schaltbewegungen auf Getriebezahnräder vorgesehen sind. Jedes der Führungselemente besteht aus zwei oder mehr separaten Teilen, die in einer Gebrauchsposition um das Schienenteil herum montiert miteinander und/oder mit dem Schienenteil verbunden sind.
Da im Getriebe einer Schaltgabel meist zwei Übersetzungsstufen zugeordnet werden, muss die Schaltgabel auch in beide Richtungen verschiebbar sein. Soll die Direktbetätigung hydraulisch oder pneumatisch erfolgen, sind dazu entweder zwei einfach wirkende oder eine doppelt wirkende Kolbeneinheit notwendig. Wird eine doppelt wirkende Kolbeneinheit verwendet, so müssen zwei Druckräume zur Verfügung gestellt werden, wobei notwendigerweise die direkt zu betätigende Schaltstange durch einen der Druckräume geführt werden und aus dem Aktor herausragen muss. Somit muss auch die Kolbenstange des Zylinders, die in diesem Fall die Schaltstange bildet, gegen Druckverlust abgedichtet werden. Aus diesem Grund werden für doppelt wirkende hydraulische Schaltaktoren vorzugsweise kreisrunde Schaltstangen verwendet, da diese am einfachsten durch kreisrunde Schaltstangendichtungen abzudichten sind. Rechteckförmige Querschnitte sind dagegen deutlich schlechter abzudichten. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird darin gesehen, eine möglichst kompakt aufgebaute und universell verwendbare druckmittelbetätigte Schaltvorrichtung für ein Stufenwechselgetriebe zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird bei einer druckmittelbetätigten Schaltvorrichtung mit einer Schaltstange und einem diese betätigenden Linearantrieb dadurch gelöst, dass als Linearantrieb ein doppelt wirkender fluidischer Antrieb eingesetzt wird, die die Schaltstange axial verschieben und/oder führen kann. Der doppelt wirkende fluidische Antrieb ist dabei durch einen Zylinder und einen darin mittels flui dischem Druck in axialer Richtung beweglichen Kolben gebildet. Diese Kolbeneinheit kann die Schaltstange in beide Richtungen axial führen und verschieben. Zudem ist bei einer solchen Konfiguration eine einfache Abdichtung der zylindrischen Kolbeneinheit ermöglicht, während die Schaltstangenquerschnitte nahezu beliebige Formen aufweisen können, bspw. auch rechteckförmige oder vieleckförmige. Wahlweise kann der Schaltstangenquerschnitt jedoch auch kreisrund gewählt werden. Die variable Verwendungsmöglichkeit unterschiedlicher Schaltstangenquerschnitte kann dadurch erreicht werden, dass ein freies Ende der Schaltstange vom Kolben des fluidischen Antriebs umschlossen ist. So kann die Schaltstange insbesondere einen vom Kolben des fluidischen Antriebs formschlüssig umschlossenen Stempel aufweisen. Wahlweise kann damit die Schaltstange zumindest abschnittsweise einen rechteckförmigen oder mehreckigen Querschnitt aufweisen. Zusätzlich kann die Schaltstange eine gegen Verdrehen gesicherte Linearlagerung aufweisen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Kolben mehrteilig aufgebaut, wobei die mindestens zwei Teile über dem freien Ende der Schaltstange miteinander verbindbar sind. Zudem kann der Kolben zwei gegenüber liegend angeordnete Stirnflächen zur Begrenzung der Druckräume des Zylinders aufweisen, die durch eine radial an der zylindrischen Außenmantelfläche angeordneten Kolbendichtung gegeneinander abgedichtet sind. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der Kolben einen die Schaltstange teilweise umschließenden zylindrischen Absatz aufweist, der axial in eine den Absatz radial umschließenden, den entsprechenden Druckraum nach außen abdichtenden Stangendichtung gleitet.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante kann der Kolben an seinem Außenumfang ein zusätzliches ringförmiges Gleitelement zur axialen Führung des Kolbens in der Zylinderlaufbahn aufweisen. Dieses Gleitelement ist in der Lage, den aus mindestens zwei zusammengefügten Teilen gebildeten Kolben radial zu umschließen und die Teile zu fixieren.
Die Erfindung sieht ein kreisrundes, zylindrisches Kolbenelement vor, das sich in einer Bohrung im Getriebegehäuse befindet und dort mit Druckfluid beidseitig versorgt wird. Das Kolbenelement kann in vorteilhafter Weise bspw. aus Kunststoff gefertigt sein, mehrteilig aufgebaut sein und ein nicht kreisrundes Schienen- bzw. Schaltstangenelement an einem Ende umschließen. Der doppelt wirkende Kolben hat in Richtung der Schiene vorzugsweise eine zylindrische Verlängerung, auf der eine konventionelle, kreisrunde Stangendichtung gleitet und dadurch einen Druckraum abdichtet. Alternativ kann das Kolbenelement an dieser Stelle ein zylindrisches Hülsenelement aufweisen, auf welchem die Stangendichtung gleitet. Die Verlängerung muss in diesem Fall nicht zwangsläufig zylindrisch sein, sondern kann ggf. auch andere Querschnitte aufweisen. Das Kolbenelement trägt ein Dichtelement, das zwei Druckräume voneinander abgrenzt. Das Dichtelement bildet somit eine Kolbendichtung. Wahlweise kann diese Abdichtung auch ohne separates Dichtelement erfolgen, bspw. mittels einer Spaltdichtung oder einer Labyrinthdichtung o. dgl. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Kolbenelement formschlüssig mit dem Stangen- bzw. Schienenelement verbunden. So kann dieses bspw. vom Kolbenelement umspritzt sein. Wahlweise kann das Kolbenelement auch mehrteilig aufgebaut sein. Das Kolbenelement trägt das Gleitelement oder besteht wahlweise selbst aus gleitfähigem Material und überträgt dadurch die Betätigungs- und/oder Reaktionskräfte aus dem Schaltvorgang auf das Getriebegehäuse. Weitere Merkmale, Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden detaillierten Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hervor, die als nicht einschränkendes Beispiel dient und auf die beigefügte Zeichnung Bezug nimmt. Gleiche Bauteile weisen dabei grundsätzlich gleiche Bezugszeichen auf und werden teilweise nicht mehrfach erläutert. 1 zeigt eine Längsschnittdarstellung einer ersten Ausführungsvariante einer druckmittelbetätigten Schaltvorrichtung für ein Stufenwechselgetriebe. 2 zeigt eine perspektivische Explosionsdarstellung einer zweiten Ausführungsvariante einer Schaltvorrichtung.
Die in 1 in ihren wesentlichen Teilen illustrierte erfindungsgemäße Schaltvorrichtung 10 umfasst eine Kolbeneinheit 12 mit zwei Druckräumen 14 und 16. Die Kolbeneinheit 12 steht in Verbindung mit einer Schaltschiene 18. Obwohl im Folgenden der Begriff Schaltschiene verwendet wird, sind grundsätzlich alle Querschnitte für das Betätigungselement, an welches eine Schaltgabel angebunden ist, möglich. Der Kolbenkörper 20 umschließt die Schaltschiene 18 an einem Ende. Um eine Kraftübertragung in beide Richtungen zu ermöglichen, ist die Schaltschiene 18 im Profil so ausgeführt, dass eine formschlüssige Kraftübertragung zwischen Kolbenkörper 20 und Schaltschiene 18 erfolgen kann. Um die Flächenpressung auf den aus Kunststoff gefertigten Kolbenkörper 20 zu verringern, können bei Bedarf Elemente wie z. B. flache Scheiben 22 und Ringe 24 eingefügt werden, welche die Überdeckungsfläche zwischen Kunststoffkolben 20 und der Schaltschiene 18 erhöhen. Außen am Umfang des Kolbens 20 befindet sich eine Ringnut 26, um ein Dichtelement – hier eine Kolbendichtung 28 – aufzunehmen. Diese Kolbendichtung 28 kann ggf. auch anderweitig befestigt sein oder u. U. ganz entfallen. So wäre es auch möglich, eine Spalt- oder Labyrinthdichtung vorzusehen.
Um die Abdichtung des rechten Druckraums 16 zu gewährleisten, aus dem die Schaltschiene 18 ragt, ist der Kolben 20 derart zylindrisch verlängert, dass er am Umfang eine kreisrunde Oberfläche 30 aufweist, auf der eine konventionelle Stangendichtung 32 gleiten kann. Wichtig ist, dass der Durchmesser der Verlängerung 34 des Kolbenkörpers 20 kleiner ist als der hydraulisch wirksame Durchmesser im Bereich der Kolbendichtung 28, um eine Kraftwirkung erzeugen zu können. Die Verlängerung 34 umschließt die Schiene 18 möglichst passgenau.
Alternativ kann das Kolbenelement 20 so ausgebildet sein, dass es ein kreisrundes, zusätzliches Adapterelement (hier nicht dargestellte zylindrische Hülse) aufnehmen kann, auf welchem dann die Stangendichtung 32 gleitet. Die Länge der Lauffläche richtet sich nach dem beidseitigen Verfahrweg der Schaltgabel 18 und gewährleistet dadurch das Abdichten des zweiten Druckraums 16 in allen Schaltpositionen. Weiterhin ist ein zusätzliches Gleitelement 36 erkennbar, das am äußeren Umfang des zylindrischen Kolbenelements 20 angeordnet ist und zur besseren Gleitführung des Kolbens 20 in seiner hohlzylindrischen Laufbahn dienen kann.
Der nach links den ersten Druckraum 14 abschließende und rechts am zweiten Druckraum 16 durch die Stangendichtung 32 abgedichtete Zylinder 38, in dem der Kolbenkörper 20 längsverschiebbar geführt ist, kann integraler Bestandteil eines Getriebegehäuses (nicht dargestellt) sein. Der mögliche Schaltweg S für den Kolben 20 und damit für die Schaltschiene 18 ist definiert durch die Länge des Zylindergehäuses 38, d. h. durch die Länge des Kolbens 20 und die sich daran anschließenden Druckräume 14 und 16.
Die schematische Darstellung der 2 verdeutlicht eine mehrteilige Ausführungsvariante des Kolbenkörpers 20, der bspw. aus zwei Hälften 40 und 42 aus spritzgegossenem Kunststoff o. dgl. gefertigt sein kann. In diesem Fall kann das Gleitelement 36 gleichzeitig als Spannmittel zum Zusammenhalten der beiden Kolbenhälften 40 und 42 dienen. Erkennbar ist in dieser Ansicht der rechteckförmige Querschnitt der Schaltschiene 18 sowie die entsprechend geformten Aufnahmen 44 in den beiden Kolbenhälften 40 und 42, die der formschlüssigen und spielfreien Aufnahme des freien Endes 46 der Schaltschiene 18 dienen. Vorzugsweise sind die beiden zueinander weisenden Passflächen der beiden Kolbenhälften 40, 42 mit geeigneten Passelementen wie bspw. Passstiften 48 und korrespondierende Passbohrungen 50 versehen, so dass eine exakt fluchtende Positionierung der beiden Kolbenhälften 40, 42 gewährleistet ist.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehenden Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen denkbar, die von dem erfindungsgemäßen Gedanken Gebrauch machen und deshalb ebenfalls in den Schutzbereich fallen.

10: Schaltvorrichtung
12: Kolbeneinheit
14: erster Druckraum
16: zweiter Druckraum
18: Schaltschiene
20: Kolbenkörper
22: Scheibe
24: Ring
26: Ringnut
28: Kolbendichtung
30: Oberfläche
32: Stangendichtung
34: Verlängerung
36: Gleitelement
38: Zylinder
40: erste Kolbenhälfte
42: zweite Kolbenhälfte
44: Aufnahme
46: freies Ende
48: Passstift
50: Passbohrung
S: Schaltweg

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 3435160 C2 [0002]
- DE 10215874 A1 [0003]
- DE 10260425 A1 [0004]
- DE 10308216 A1 [0005]
- DE 102004053205 A1 [0006]
- DE 202005014599 U1 [0008]

Claims

Druckmittelbetätigte Schaltvorrichtung (10) eines Stufenwechselgetriebes, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Schaltstange (18), an der ein Schaltelement befestigt ist, und wenigstens einen mit der Schaltstange (18) einseitig verbundenen Linearantrieb zu deren axialer Verschiebung, dadurch gekennzeichnet, dass der Linearantrieb ein doppelt wirkender fluidischer Antrieb ist.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der doppelt wirkende fluidische Antrieb durch einen Zylinder (38) und einen darin mittels fluidischem Druck in axialer Richtung beweglichen Kolben (20) gebildet ist.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein freies Ende (46) der Schaltstange (18) vom Kolben (20) des fluidischen Antriebs umschlossen ist.
Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltstange (18) einen vom Kolben (20) des fluidischen Antriebs formschlüssig umschlossenen Stempel aufweist.
Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltstange (18) zumindest abschnittsweise einen rechteckförmigen oder mehreckigen Querschnitt aufweist.
Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltstange (18) eine gegen Verdrehen gesicherte Linearlagerung aufweist.
Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (20) mehrteilig aufgebaut ist und dass die mindestens zwei Teile (40, 42) über dem freien Ende (46) der Schaltstange (18) miteinander verbindbar sind.
Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (20) zwei gegenüber liegend angeordnete Stirnflächen zur Begrenzung der Druckräume (14, 16) des Zylinders (38) aufweist, die durch eine radial an der zylindrischen Außenmantelfläche angeordneten Kolbendichtung (28) gegeneinander abgedichtet sind.
Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (20) einen die Schaltstange (18) teilweise umschließenden zylindrischen Absatz (34) aufweist, der axial in einer den Absatz (34) radial umschließenden, den entsprechenden Druckraum (16) nach außen abdichtenden Stangendichtung (32) gleitet.
Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (20) an seinem Außenumfang ein zusätzliches ringförmiges Gleitelement (36) zur axialen Führung des Kolbens (20) in der Zylinderlaufbahn (38) aufweist.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das ringförmige Gleitelement (36) den aus mindestens zwei zusammen gefügten Teilen (40, 42) gebildeten Kolben (20) radial umschließt und die Teile (40, 42) fixiert.