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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Schaltgetriebe, insbesondere
für ein Kraftfahrzeug, mit den Merkmalen des Oberbegriffs
des Anspruchs 1.
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Ein
herkömmliches Schaltgetriebe, wie es z. Bsp. aus der
DE 10 2005 011 274
A1 bekannt ist, umfasst eine Schalteinrichtung, die zum
Einlegen und Auslegen von Gängen des Getriebes mit Schaltelementen
des Getriebes zusammenwirkt. Bei den Schaltelementen handelt es
sich bspw. um Schiebemuffen, die mit Hilfe von Schaltgabeln verstellt
werden, um über Synchronisiereinrichtungen mit den einzelnen
Gängen zugeordneten Zahnrädern in Eingriff zu
kommen. Die Schaltelemente bzw. die Schaltgabeln können
mit Hilfe von Stangen bewegt werden.
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Zum
Antreiben solcher Stangen kann die Schalteinrichtung über
eine mechanische Wirkverbindungen mit einem manuell betätigbaren
Handschalthebel verbunden sein. Ebenso ist es möglich, die
Schalteinrichtung mit elektromotorischen oder hydraulischen Stellantrieben
auszustatten, um die Stangen bei einem Automatikgetriebe oder Halbautomatikgetriebe
anzutreiben.
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Aus
der
US 1,124,112 ist
eine Einrichtung zum simultanen Ausrichten von zwei Leuchten in
horizontaler Richtung und in vertikaler Richtung bekannt, die mit
einer Kreuzverzahnung arbeitet. Über diese Kreuzverzahnung
sind zwei Stangen der Einrichtung so miteinander gekoppelt, dass
eine Rotation der ersten Stange eine Translation der zweiten Stange
für die Horizontalausrichtung bewirkt, während
eine Translation der ersten Stange eine Rotation der zweiten Stange
für die Vertikalausrichtung bewirkt.
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Die
vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem,
für ein Schaltgetriebe der eingangs genannten Art eine
verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere
durch eine kompakte Bauform auszeichnet und vorzugsweise eine hohe Funktionssicherheit
besitzt, wobei ein preiswert realisierbarer Aufbau möglich
sein soll.
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Dieses
Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand
des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte
Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
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Die
vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die Schalteinrichtung
mit einer Kreuzverzahnung auszustatten, die zwei jeweils translatorisch
und rotatorisch verstellbar angeordnete Schaltstangen miteinander
koppelt. Die Kreuzverzahnung bewirkt dabei einerseits, dass eine
Rotation der ersten Schaltstange in eine Translation der zweiten
Schaltstange gewandelt wird, und andererseits, dass eine Translation
der ersten Schaltstange in eine Rotation der zweiten Schaltstange
gewandelt wird. Durch diese Bauweise kann durch eine Drehbetätigung
der ersten Schaltstange eine Längsverschiebung der zweiten
Schaltstange bewirkt werden, was bspw. zum Auswählen von
Gängen nutzbar ist. Ferner kann eine Längsverstellung
der ersten Schaltstange zum Erzeugen einer Drehbewegung der zweiten
Schaltstange genutzt werden, was zweckmäßig zum
Einlegen und Auslegen der ausgewählten Gänge genutzt
werden kann. Eine derartige Kreuzverzahnung baut extrem kompakt,
besitzt wenig Einzelteile und lässt sich somit vergleichsweise
preiswert realisieren. Ferner arbeitet eine derartige Kreuzverzahnung
präzise und mit hoher Zuverlässigkeit.
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Zweckmäßig
kann eine der Schaltstangen eine positive Verzahnung aufweisen,
die mehrere bezüglich einer Längsmittelachse dieser
Schaltstange radial nach außen abstehende Zähne
aufweist, die in der Axialrichtung dieser Schaltstange hintereinander und
in der Umfangsrichtung dieser Schaltstange nebeneinander angeordnet
sind. Besonders vorteilhaft ist dabei eine Ausführungsform,
bei welcher sich die positive Verzahnung nur entlang eines Umfangssegments
erstreckt, das kleiner als 180° oder kleiner als 120° ist.
Hierbei wird zur Erzielung einer besonders kompakten Bauform berücksichtigt,
dass die jeweilige Schaltstange nur in einem begrenzten Bereich drehend
verstellbar sein muss.
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Entsprechend
einer vorteilhaften Weiterbildung kann die positive Verzahnung an
einem Verzahnungsbauteil ausgebildet sein, das auf die jeweilige Schaltstange
aufgesetzt und an dieser befestigt ist. Durch diese Bauweise kann
die Realisierung der Kreuzverzahnung vereinfacht werden. Insbesondere können
für die Schaltstangen und die Verzahnungsbauteile unterschiedliche,
jeweils optimierte Herstellungsverfahren und Materialien zur Anwendung
kommen.
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Entsprechendes
gilt analog auch für die jeweils andere Schaltstange, die
entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform mit einer
negativen Verzahnung ausgestattet ist, die mehrere bezüglich einer
Längsmittelachse dieser Schaltstange radial nach innen
weisende Vertiefungen aufweist, die in der Axialrichtung dieser
Schaltstange hintereinander und in der Umfangsrichtung dieser Schaltstange
nebeneinander angeordnet sind. Auch hier kann es zweckmäßig
sein, die negative Verzahnung nur entlang eines Umfangssegments
von weniger als 180° oder von weniger als 120° vorzusehen.
Auch kann es vorteilhaft sein, die negative Verzahnung an einem Verzahnungsbauteil
auszubilden, das auf die jeweilige Schaltstange aufgesetzt und an
dieser befestigt ist.
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Besonders
vorteilhaft ist nun eine Weiterbildung bei welcher die zweite Schaltstange
mit mehreren Schaltelementen zusammenwirkt, wobei ein solches Schaltelement
durch Translation der zweiten Schaltstange auswählbar ist
und durch Rotation der zweiten Schaltstange zum Einlegen und Auslegen
eines zugeordneten Gangs betätigbar ist. Somit lassen sich über
die Kreuzverzahnung durch Drehen der ersten Schaltstange die einlegbaren
Gänge auswählen, während durch Längsverschieben
der ersten Schaltstange der jeweils ausgewählte Gang einlegbar
ist. Insgesamt kann somit eine extrem kompakte Bauform für
das Schaltgetriebe bzw. für die Schalteinrichtung realisiert
werden.
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Weitere
wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen
Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils
angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder
in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden
Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert.
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Die
einzige 1 zeigt eine stark vereinfachte
perspektivische Ansicht eines Schaltgetriebes im Bereich einer Kreuzverzahnung.
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Entsprechend 1 umfasst
ein nur teilweise dargestelltes Schaltgetriebe 1, das vorzugsweise in
einem Kraftfahrzeug zur Anwendung kommen kann, eine Schalteinrichtung 2,
die ebenfalls nur teilweise dargestellt ist. Mit Hilfe der Schalteinrichtung 2 können
Schaltelemente 3 des Getriebes 1 betätigt werden,
um Gänge des Getriebes 1 einzulegen und auszulegen.
Bei den Schaltelementen 3 handelt es sich im Beispiel um
vier Schaltgabeln oder Schaltspangen 4, 5, 6, 7.
Jede Schaltspange 4, 5, 6, 7 kann bspw.
zum axialen Verstellen einer hier nicht gezeigten Schaltmuffe oder
Schiebemuffe des Getriebes 1 dienen, um über Synchronringe
und dergleichen Zahnräder, die den einzelnen Gängen
des Getriebes 1 zugeordnet sind, zu koppeln. Dabei kann
jede Schaltspange 4, 5, 6, 7 einem
einzelnen Gang oder zwei Gängen des Getriebes 1 zugeordnet
sein. Bei vier Schaltspangen 4, 5, 6, 7 sind
somit grundsätzlich sieben Vorwärtsgänge
und ein Rückwärtsgang realisierbar. Sofern der
jeweiligen Schaltspange 4, 5, 6, 7 zwei
Gänge zugeordnet sind, bewirkt eine Axialverstellung der
jeweiligen Schaltspange 4, 5, 6, 7 aus
einer Neutrallage heraus in der einen Richtung das Einlegen des
einen Gangs, während eine Axialverstellung in der Gegenrichtung
das Einlegen des jeweils anderen Gangs bewirkt.
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Zum
Verstellen der Schaltelemente 3 sind Betätigungsstangen 8 und 9 vorgesehen.
Die beiden Betätigungsstangen 8, 9 erstrecken
sich bezüglich ihrer Längsmittelachsen 10, 11 parallel
zueinander und parallel zu hier nicht gezeigten Hauptwellen des Getriebes 1.
Sie erstrecken sich somit parallel zur Axialrichtung des Getriebes 1.
Die erste Betätigungsstange 8 ist fest mit der
ersten Schaltspange 4 verbunden. Die zweite Schaltspange 5 ist
auf der ersten Betätigungsstange 8 axial verschiebbar
angeordnet. Die dritte Schaltspange 6 ist auf der zweiten
Betätigungsstange 9 axial verschiebbar angeordnet.
Ferner ist die zweite Betätigungsstange 9 fest
mit der vierten Schaltspange 7 verbunden. Die beiden Betätigungsstangen 8, 9 können
bspw. in Lagerhülsen 38 axial verstellbar gelagert
sein.
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Zum
axialen Verstellen der ersten Betätigungsstange 8 und
somit zum axialen Verstellen der ersten Schaltspange 4 ist
ein erster Schaltrahmen 12 fest mit der ersten Betätigungsstange 8 verbunden. Zum
Axialverstellen der zweiten Schaltspange 5 entlang der
ersten Betätigungsstange 8 ist ein damit fest verbundener
zweiter Schaltrahmen 13 vorgesehen. Ein dritter Schaltrahmen 14 ist
fest mit der dritten Schaltspange 6 verbunden, um diese
entlang der zweiten Betätigungsstange 9 axial
verstellen zu können. Zur Axialverstellung der zweiten
Betätigungsstange 9 und somit zur Axialverstellung
der vierten Schaltspange 7 ist ein vierter Schaltrahmen 15 vorgesehen,
der fest mit der zweiten Betätigungsstange 9 verbunden
ist.
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Zum
Auffinden und Positionieren der jeweils gewünschten Axialstellung
der Schaltelemente 3 können entsprechende Rastiereinrichtungen
vorgesehen sein. Beispielsweise ist eine erste Rastiereinrichtung 16 der
ersten Schaltspange 4 zugeordnet, wobei die erste Rastiereinrichtung 16 hierzu
mit der ersten Betätigungsstange 8 zusammenwirkt.
Eine zweite Rastiereinrichtung 17 wirkt mit der zweiten Schaltspange 5 zusammen.
Eine dritte Rastiereinrichtung 18 ist in der gewählten Darstellung
der 1 verdeckt; sie wirkt mit der dritten Schaltspange 6 zusammen.
Eine vierte Rastiereinrichtung 19 ist der vierten Schaltspange 7 zugeordnet
und wirkt mit der zweiten Betätigungsstange 9 zusammen.
Darüber hinaus können noch Positionssensoren 20 vorgesehen sein,
um die Längsposition der Betätigungsstangen 8, 9 zu überwachen.
In 1 ist nur der der ersten Betätigungsstange 8 zugeordnete
Positionssensor 20 erkennbar.
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Die
hier vorgestellte Schalteinrichtung 2 weist eine Kreuzverzahnung 21 auf,
um eine erste Schaltstange 22 der Schalteinrichtung 2 mit
einer zweiten Schaltstange 23 der Schalteinrichtung 2 zu koppeln.
Die erste Schaltstange 22 ist bezüglich ihrer Längsmittelachse 24 translatorisch
und rotatorisch verstellbar angeordnet. Entsprechende Lagerstellen sind
hier durch Lagerbuchsen 25 angedeutet. Auch die zweite
Schaltstange 23 ist bezüglich ihrer Längsmittelachse 26 translatorisch
und rotatorisch verstellbar angeordnet. Im gezeigten Beispiel ist
die zweite Schaltstange 23 als Rohrkörper oder
Schiebehülse ausgestaltet, die auf einer ortsfest montierten
Lagerstange 27 drehbar und längsverschiebbar angeordnet
ist.
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Die
Kreuzverzahnung 21 koppelt die beiden Schaltstangen 22, 23 derart,
dass eine Rotation der ersten Schaltstange 22 zu einer
Translation der zweiten Schaltstange 23 führt
und dass eine Translation der ersten Schaltstange 22 zu
einer Rotation der zweiten Schaltstange 23 führt.
Erreicht wird dies mit Hilfe von Verzahnungen 28 und 29,
die miteinander kämmen, also miteinander in Eingriff stehen.
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Die
der ersten Schaltstange 22 zugeordnete erste Verzahnung 28 ist
im Beispiel als positive Verzahnung ausgestaltet, die mehrere bezüglich
der Längsmittelachse 24 der ersten Schaltstange 22 radial
nach außen abstehende Zähne 30 aufweist.
Diese Zähne 30 sind in der Axialrichtung der ersten Schaltstange 22 hintereinander
und in der Umfangsrichtung der ersten Schaltstange 22 nebeneinander angeordnet.
Dabei erstrecken sich die Zähne 30 der positiven
Verzahnung 28 im gezeigten bevorzugten Beispiel nicht entlang
des gesamten Umfangs, sondern nur entlang eines Umfangssegments,
das kleiner als 180° ist und das im Beispiel außerdem
kleiner als 120° ist. Hierdurch baut die positive Verzahnung 28 vergleichsweise
kompakt. Im Beispiel ist die positive Verzahnung 28 an
einem positiven oder ersten Verzahnungsbauteil 31 ausgebildet.
Dieses ist separat zur ersten Schaltstange 22 hergestellt
und auf die erste Schaltstange 22 aufgesetzt und auf geeignete Weise
daran befestigt.
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Die
zweite Schaltstange 23 weist die zweite Verzahnung 29 auf,
die als negative Verzahnung 29 ausgestaltet ist. Diese
negative Verzahnung 29 zeichnet sich durch mehrere bezüglich
der Längsmittelachse 26 der zweiten Schaltstange 23 radial
nach innen weisende Vertiefungen 32 aus, die in der Axialrichtung
der zweiten Schaltstange 23 hintereinander und in der Umfangsrichtung
der zweiten Schaltstange 23 nebeneinander angeordnet sind.
Auch hier kann es zweckmäßig sein, die negative
Verzahnung 29 bzw. deren Vertiefungen 32 nicht über
den gesamten Umfang der zweiten Schaltstange 23 anzuordnen,
sondern vielmehr nur entlang eines Umfangssegments. Im gezeigten
Beispiel erstreckt sich die negative Verzahnung 29 entlang
eines Umfangssegments, das kleiner als 180° ist. Im Beispiel
ist das Umfangssegment außerdem kleiner als 120°.
Auch hier kann als Option vorgesehen sein, die negative Verzahnung 29 an
einen negativen oder zweiten Verzahnungsbauteil 33 auszubilden,
das bezüglich der zweiten Schaltstange 23 ein
separat hergestelltes Bauteil sein kann und das auf die zweite Schaltwelle 23 aufgesetzt
ist sowie daran befestigt ist.
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Die
Zähne 30 der positiven Verzahnung 28 und
die Vertiefungen 32 der negativen Verzahnung 29 sind
zueinander komplementär geformt, und zwar derart, dass
sie Verzahnungen 28, 29 zur Übertragung
von Drehmoment zusammenwirken.
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Zwar
ist im hier gezeigten Beispiel der 1 die positive
Verzahnung 28 an der ersten Schaltstange 22 vorgesehen,
jedoch ist grundsätzlich auch eine Ausführungsform
denkbar, bei welcher die erste Schaltstange 22 mit der
Negativverzahnung 29ausgestattet ist, während
dann die positive Verzahnung 28 an der zweiten Schaltstange 23 vorgesehen
ist.
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Im
gezeigten, bevorzugten Beispiel sind die beiden Schaltstangen 22, 23 so
angeordnet, dass sie bezüglich ihrer Längsmittelachsen 24, 26 senkrecht zueinander
orientiert sind. Grundsätzlich sind auch von einer senkrechten
Orientierung abweichende Stellungen denkbar.
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Die
erste Schaltstange 22 wird zum Auswählen von Gängen
drehend angetrieben, was bei einem Handschalthebel mit konventioneller
H-Schaltkulisse oder Mehrfach-H-Schaltkulisse einer Verstellung
des Handschalthebels in einer quer zu Schaltgassen der Schaltkulisse
verlaufenden Wählgasse oder Mittelgasse entspricht. Zum
Einlegen der ausgewählten Gänge wird die erste
Schaltstange 22 in ihrer Axialrichtung angetrieben. Dies
entspricht einer Verstellung des Handschalthebels in der jeweils
ausgewählten Schaltgasse. Zum Antreiben der ersten Schaltstange 22 kann
diese über eine mechanische Wirkverbindung mit dem Handschalthebel
gekoppelt sein. In diesem Fall handelt es sich beim Schaltgetriebe 1 um
ein Handschaltgetriebe. Sofern das Schaltgetriebe 1 jedoch
als Automatikgetriebe oder als Halbautomatikgetriebe ausgestaltet
ist, sind entsprechende, hier nicht gezeigte Stellantriebe zum rotierenden
und translatorischen Verstellen der ersten Schaltstange 22 vorgesehen,
wobei dann eine elektrische bzw. elektronische Wirkverbindung zwischen
dem Handschalthebel oder Handwählhebel und einer Steuerung
zur Betätigung der Stellantriebe vorgesehen ist. Die Stellantriebe
arbeiten dabei bevorzugt elektromechanisch oder hydraulisch oder
pneumatisch oder gemäß einer Kombination daraus.
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Die
zweite Schaltstange 23 erstreckt sich bezüglich
ihrer Längsmittelachse 26 quer zur Verstellrichtung
der Schaltrahmen 12, 13, 14, 15 und
somit quer zu den Betätigungsstangen 8, 9.
Außerdem durchquert die zweite Schaltstange 23 die
Schaltrahmen 12, 13, 14, 15 in
entsprechenden Durchgangsöffnungen. Ferner trägt
die zweite Schaltstange 23 zumindest einen Schaltfinger 34 bzw. 35.
Im Beispiel sind zwei Schaltfinger vorgesehen, nämlich
ein erster Schaltfinger 34 und ein zweiter Schaltfinger 35.
Die Schaltfinger 34, 35 wirken mit den Schaltrahmen 12, 13, 14, 15 zusammen.
Durch eine Axialverstellung der zweiten Schaltstange 23 ist
es möglich, einen der Schaltfinger 34, 35 mit
einem der Schaltrahmen 12, 13, 14, 15 in Überdeckung
zu bringen, derart, dass eine anschließende Rotation der
zweiten Schaltstange 23 über den jeweiligen Schaltfinger 34, 35 den
jeweiligen Schaltrahmen 12, 13, 14, 15 parallel
zu den Längsmittelachsen 10, 11 der Betätigungsstangen 8 verstellt. Über
die Verstellbewegung des jeweiligen Schaltrahmens 12, 13, 14, 15 wird
dann die jeweils damit gekoppelte Schaltspange 5 bzw. 6 oder über die
jeweilige Betätigungsstange 8, 9 die
jeweilige Schaltspange 4 bzw. 7 axial verstellt,
um den jeweils zugeordneten Gang einzulegen oder auszulegen.
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Durch
eine Axialverstellung der zweiten Schaltstange 23 kann
somit eine Auswahl des einzulegenden Gangs durchgeführt
werden, was wieder einer Verstellung des Handschalthebels in der
Wählgasse entspricht. Durch Drehen der zweiten Schaltstange 23 erfolgt
dann das Einlegen des jeweils ausgewählten Gangs, was einer
Verstellung des Handschalthebels in der jeweiligen Schaltgasse entspricht.
Das Auslegen eines Gangs erfolgt entsprechend umgekehrt.
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Die
Rotation der ersten Schaltstange 22 führt somit
zur Translation der zweiten Schaltstange 23 und somit zum
Auswählen eines Gangs. Die Translation der ersten Schaltstange 22 führt
dann zur Rotation der zweiten Schaltstange 23 und somit
zum Einlegen des ausgewählten Gangs.
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Zum
Auffinden und Positionieren einer gewünschten Axiallage
der ersten Schaltstange 22 kann eine weitere Rastiereinrichtung 36 vorgesehen sein,
die unmittelbar mit der ersten Schaltstange 22 zusammenwirkt.
Ferner ist im Beispiel ein weiterer Positionssensor 37 dargestellt,
mit dem bspw. die Drehlage der ersten Schaltstange 22 detektierbar
ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102005011274
A1 [0002]
- - US 1124112 [0004]
- - US 2453656 [0005]
- - DE 1939518 [0005]
