DE102010048739A1

DE102010048739A1 - Schaltvorrichtung und Schaltgetriebe

Info

Publication number: DE102010048739A1
Application number: DE102010048739A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Vetter
Original assignee: Neumayer Tekfor Holding GmbH
Current assignee: Neumayer Tekfor Holding GmbH
Priority date: 2010-10-16
Filing date: 2010-10-16
Publication date: 2012-04-19
Also published as: WO2012055386A1

Abstract

ung für ein Schaltgetriebe eines Fahrzeugs, mit einer Welle, einem Gangrad, einem Formschlusselement und einem Schaltelement. Die Erfindung beinhaltet, dass das Schaltelement ein hülsenartiges Element aufweist, wobei das hülsenartige Element axial verschiebbar ist, wobei eine axiale Verschiebung des hülsenartigen Elements eine axiale Bewegung des Formschlusselements längs der Längsachse der Welle bewirkt, wobei zwischen dem Formschlusselement und dem hülsenartigen Element und/oder zwischen der Welle und dem hülsenartigen Element ein Drehmoment übertragbar ist, dass das Schaltelement einen Aktor aufweist, welcher in einem aktivierten Zustand in Wechselwirkung mit dem hülsenartigen Element steht und welcher in einem aktivierten Zustand eine axiale Verschiebung des hülsenartigen Elements längs der Längsachse der Welle bewirkt. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Schaltgetriebe.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltvorrichtung für ein Schaltgetriebe eines Fahrzeugs, mit mindestens einer Welle, welche eine Längsachse aufweist, mit mindestens einem Gangrad, mit mindestens einem Formschlusselement zur Erzeugung einer kraft- und drehmomentübertragenden Verbindung zwischen der Welle und dem Gangrad, und mit mindestens einem Schaltelement, welches das Formschlusselement axial längs der Längsachse der Welle verschiebt. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Schaltgetriebe mit einer erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung.
Ein Schaltgetriebe sorgt im Antriebsstrang eines Fahrzeugs für die Übersetzung der Motordrehzahl auf die Antriebsdrehzahl. Hierfür sind im Allgemeinen zwei Wellen vorgesehen, welche Zahnräderpaare mit unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen aufweisen. Dabei ist üblicherweise jeweils ein Zahnrad fest mit einer Welle verbunden und das zugehörige andere Zahnrad ist lösbar mit der anderen Welle verbindbar. Die lösbare Verbindung erfolgt beispielsweise über eine Klaue oder über eine Schaltmuffe. Eine solche Schaltmuffe als Formschlusselement wird im Stand der Technik zumeist über eine Schaltgabel als Schaltelement axial längs der Längsachse der Welle verschoben, um einen Gang ein- bzw. auszulegen. Die Kraft für das Verschieben muss dabei von einem zusätzlichen System aufgebracht werden. Dies geht mit Kosten, Bauraumbedarf und Gewicht einher.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine alternative Schaltvorrichtung für ein Schaltgetriebe unter Vermeidung der Nachteile des Standes der Technik vorzuschlagen.
Die Erfindung löst die Aufgabe dadurch, dass das Schaltelement mindestens ein hülsenartiges Element aufweist, dass das hülsenartige Element axial längs der Längsache der Welle verschiebbar ist, wobei das hülsenartige Element und das Formschlusselement derartig ausgestaltet und aufeinander abgestimmt sind, dass eine axiale Verschiebung des hülsenartigen Elements längs der Längsachse der Welle eine axiale Bewegung des Formschlusselements längs der Längsachse der Welle bewirkt und dass zwischen dem Formschlusselement und dem hülsenartigen Element und/oder zwischen der Welle und dem hülsenartigen Element mindestens ein Drehmoment übertragbar ist, dass das Schaltelement mindestens einen Aktor aufweist, wobei der Aktor in einem aktivierten Zustand in Wechselwirkung mit dem hülsenartigen Element steht, und wobei der Aktor zumindest in einem aktivierten Zustand eine axiale Verschiebung des hülsenartigen Elements längs der Längsachse der Welle bewirkt. Eine Variante sieht vor, dass das hülsenartige Element und das Formschlusselement derartig ausgestaltet und aufeinander abgestimmt sind, dass das hülsenartige Element axial längs der Längsache der Welle relativ zum Formschlusselement verschiebbar ist. Eine Ausgestaltung beinhaltet insbesondere, dass das hülsenartige Element mindestens ein Profil aufweist, und dass der Aktor in dem aktivierten Zustand in Verbindung mit dem Profil des hülsenartigen Elements die axiale Verschiebung des hülsenartigen Elements längs der Längsachse der Welle bewirkt. In der Erfindung wird die Drehbewegung der Welle für das Verschieben des Formschlusselements (Schaltmuffe oder -klaue) ausgenutzt. Daher ist nur noch die Energie zum Aktivieren des Aktors erforderlich. Das Profil der genannten Ausgestaltung ist beispielsweise ein Außenprofil, welches insbesondere in einer Variante umlaufend um das hülsenartige Element ausgestaltet ist. Je nach Ausgestaltung des Aktors kann es sich bei dem Profil um Vertiefungen oder Erhöhungen handeln oder beispielsweise um Strukturen, die eine Verschiebung mit elektromagnetischer Kraft erlauben, z. B. Linien mit magnetisiertem Material. In einer Variante handelt es sich bei dem Profil um eine umlaufende Nut, in welche der Aktor z. B. in Form eines Stiftes eingreift. Der Aktor selbst kann z. B. elektromechanisch betätigt werden. Zusätzlich zu Vertiefungen kann das Profil auch Erhebungen aufweisen, welche z. B. einen stiftähnlichen Aktor in eine inaktive Position zurückbewegen. Ein Verharren des Aktors bzw. des hülsenartigen Elements nach dem Verschieben des Formschlusselements in einer Endposition ist insbesondere in den Fällen nicht erforderlich, in denen die Verbindung zwischen Gangrad und Formschlusselement z. B. über Hinterschnitte (sog. Dog teeth) gesichert ist. In einer alternativen Ausgestaltung ist der Aktor kugelförmig oder zumindest eine Arretierung erfolgt durch Kugeln. In einer Ausgestaltung ist insbesondere vorgesehen, dass der Aktor längs der Längsachse der Welle axial fest angeordnet ist. Somit führt der Aktor im Wesentlichen nur eine Bewegung in Richtung des hülsenartigen Elements bzw. senkrecht zur Längsachse der Welle aus.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das hülsenartige Element zumindest abschnittsweise koaxial um das Formschlusselement herum angeordnet ist.
Eine Ausgestaltung der Erfindung beinhaltet, dass das hülsenartige Element mindestens einen dem Formschlusselement zugewandten Anschlag aufweist, und dass das Formschlusselement mindestens einen dem hülsenartigen Element zugewandten Anschlag aufweist.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass mindestens ein Federelement vorgesehen ist, welches eine axiale Verschiebung längs der Längsachse der Welle zwischen dem hülsenartigen Element und dem Formschlusselement bewirkt. Das hülsenartige Element ist somit federnd z. B. auf dem Formschlusselement gelagert. Somit ist es beispielsweise möglich, dass das hülsenartige Element auch dann verschoben wird, wenn bei den Verzahnungen des Gangrads und des Formschlusselements sich Zähne gegenüberstehen. Wenn sich eine Lücke zwischen den Verzahnungen ergibt, rückt das hülsenartige Element durch die Federwirkung nach.
Eine Ausgestaltung der Erfindung beinhaltet, dass das Federelement zwischen dem Anschlag des hülsenartigen Elements und dem Anschlag des Formschlusselements angeordnet ist.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Profil des hülsenartigen Elements zumindest teilweise aus einer um das hülsenartige Element umlaufenden Vertiefung besteht, in welche der Aktor zumindest im aktivierten Zustand eingreift. Dabei sind das Profil und der Aktor derartig ausgestaltet und aufeinander abgestimmt, dass aus der Drehbewegung des hülsenartigen Elements eine Bewegung längs der Längsachse der Welle entsteht.
Eine Ausgestaltung der Erfindung beinhaltet, dass das Schaltelement mindestens einen Zweitaktor aufweist, welcher – insbesondere nach einer Ausgestaltung in Verbindung mit dem Profil des hülsenartigen Elements – eine axiale Verschiebung des hülsenartigen Elements bewirkt, welche der Verschiebung, die der Aktor bewirkt, entgegengerichtet ist. Der Zweitaktor bewirkt ein Auslegen des Ganges bzw. das Einlegen eines anderen Ganges, indem die Bewegung des hülsenartigen Elements in die andere axiale Richtung bewirkt wird.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass es sich bei dem Formschlusselement um eine Schaltmuffe oder um eine Schaltklaue handelt.
Weiterhin löst die Erfindung die Aufgabe mit einem Schaltgetriebe mit einer Schaltvorrichtung nach einer der obigen Ausgestaltungen.
Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
1: eine räumliche Darstellung einer Schaltvorrichtung,
2: einen Schnitt durch die Schaltvorrichtung der 1 im Leerlauf,
3 bis 5: Stadien des Einlegens eines Ganges anhand des Schnitts der 2, und
6: ein Augenblick während des Auslegens des Ganges.
In der 1 ist eine erfindungsgemäße Schaltvorrichtung dargestellt. Auf der Welle 1 mit Längsachse 1.1 befinden sich zwei Gangräder 2. Zwischen den Gangrädern 2 ist ein Formschlusselement 3 angeordnet, welches je nach gewähltem Gang den Formschluss zwischen einem der zwei Gangräder 2 und dem hier unterhalb des Formschlusselements 3 angeordneten, fest mit der Welle 1 verbunden Zahnrad herstellt. Für das axiale Verschieben des Formschlusselements 3 längs der Längsachse 1.1 ist das Formschlusselement 3 koaxial von einem hülsenartigen Element 11 umgeben. Das hülsenartige Element 11 bildet dabei mit dem Aktor 12 zumindest einen Teil des Schaltelements 10 der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung. Außen weist das hülsenartige Element 11 ein Profil 11.1 auf, welches hier in Form von umlaufenden Nuten ausgestaltet ist. Das hülsenartige Element 11 selbst ist derartig ausgestaltet, dass es sich mit der Welle 1 bzw. mit dem Formschlusselement 3 mitdreht. Für das Einlegen eines Ganges wird der hier beispielhaft stiftartig ausgestaltete Aktor 12 näher in Richtung des hülsenartigen Elements 11 und somit in die Nut des Profils 11.1 eingebracht. Axial ist der Aktor 12 fest, d. h. es findet nur eine Lageänderung senkrecht zur Längsachse 1.1 statt. Der Zweitaktor 13 dient dem Auslegen des mit dem Aktor 12 eingelegten Ganges, und über den hier dargestellten dritten Aktor lässt sich das linke Gangrad 2 mit der Welle 1 formschlüssig verbinden.
Im Schnitt der 2 ist zu erkennen, wie das hülsenartige Element 11 das Formschlusselement 3 koaxial umgibt. Das Formschlusselement 3 verfügt über einen nach außen, d. h. in Richtung des hülsenartigen Elements 11 gerichteten Anschlag 3.1, welcher hier in Form einer mittig angebrachten Nase ausgestaltet ist. Das hülsenartige Element 11 verfügt an seinen beiden Stirnseiten über jeweils einen Anschlag 11.2, welcher nach innen, d. h. dem Formschlusselement 3 zugewandt ist. Zwischen jeweils einem Anschlag 11.2 des hülsenartigen Elements 11 und dem Anschlag 3.1 des Formschlusselements 3 befindet sich jeweils ein Federelement 4. Die zwei Federelemente 4 sind dabei derartig ausgestaltet und angeordnet, dass eine relative Bewegung zwischen Formschlusselement 3 und hülsenartigem Element 11 zu einer Anspannung bzw. Entspannung des Federelements 4 führt. Von dem Profil 11.1 des hülsenartigen Elements 11 sind drei Nuten zu erkennen, welche durch die umlaufende Ausgestaltung entsprechend miteinander verbunden sind.
Für das Einlegen des hier zeichnerisch rechts dargestellten Gangrads 2 wird der Aktor 12 senkrecht zur Längsachse 1.1 der Welle 1 in Richtung der Welle 1 verschoben, d. h. näher herangebracht, bis der hier stiftartige Aktor 12 in das Profil 11.1 und somit in dieser Ausgestaltung in die umlaufende Nut des hülsenartigen Elements 11 eingreift (siehe 3). Während des Einlegens des Ganges verbleibt dabei der Aktor 12 längs der Längsachse 1.1. der Welle 1 im Wesentlichen auf der gleichen Höhe. Da das hülsenartige Element 11 mit der Welle 1 mitdreht, wird durch den Aktor 12 und insbesondere durch die Ausgestaltung des Profils 11.1 die Drehung des hülsenartigen Elements 11 teilweise in ein axiales Verschieben längs der Längsachse 1.1 umgewandelt. In der 4 wird somit das hülsenartige Element 11 nach rechts verschoben.
Weiterhin ist der Aktor 12 durch die Ausgestaltung des Profils 11.1 relativ zur Welle 1 immer noch auf der gleichen axialen Position, jedoch in der hier mittleren Nut gelandet. Da die Verschiebung des hülsenartigen Elements 11 auch relativ zum Formschlusselement 3 stattgefunden hat, steht nun das links angeordnete Federelement 4 unter Anspannung. Erlauben es die Verzahnungen des Gangrads 2 und des Zahnrads 5, so verschiebt das Federelement 4 das Formschlusselement 3 in Richtung des Gangrads 2, d. h. hier nach rechts. In der 5 ist zu sehen, wie das Formschlusselement 3 den Formschluss zwischen dem Gangrad 2 und dem fest mit der Welle 1 verbundenen Zahnrad 5 herstellt. Weiterhin ist zu sehen, dass beide Federelemente 4 entspannt sind. Im nächsten Schritt würde der Aktor 12 wieder zurückgezogen werden.
In der 6 ist ein Stadium des Auslegens des linken Gangrades 2 dargestellt. Hierfür greift der Zweitaktor 13 in das Profil 11.1 des hülsenartigen Elements 11 ein und verschiebt das Element 11 dadurch vom rechten Gangrad 2 fort nach links. Zu sehen ist, wie somit das rechte Federelement 4 angespannt wird.

Claims

Schaltvorrichtung für ein Schaltgetriebe eines Fahrzeugs, mit mindestens einer Welle, welche eine Längsachse aufweist, mit mindestens einem Gangrad, mit mindestens einem Formschlusselement zur Erzeugung einer kraft- und drehmomentübertragenden Verbindung zwischen der Welle und dem Gangrad, und mit mindestens einem Schaltelement, welches das Formschlusselement axial längs der Längsachse der Welle verschiebt, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement mindestens ein hülsenartiges Element aufweist, dass das hülsenartige Element axial längs der Längsache der Welle verschiebbar ist, wobei das hülsenartige Element und das Formschlusselement derartig ausgestaltet und aufeinander abgestimmt sind, dass eine axiale Verschiebung des hülsenartigen Elements längs der Längsachse der Welle eine axiale Bewegung des Formschlusselements längs der Längsachse der Welle bewirkt und dass zwischen dem Formschlusselement und dem hülsenartigen Element und/oder zwischen der Welle und dem hülsenartigen Element mindestens ein Drehmoment übertragbar ist, dass das Schaltelement mindestens einen Aktor aufweist, wobei der Aktor in einem aktivierten Zustand in Wechselwirkung mit dem hülsenartigen Element steht, und wobei der Aktor zumindest in einem aktivierten Zustand eine axiale Verschiebung des hülsenartigen Elements längs der Längsachse der Welle bewirkt.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das hülsenartige Element mindestens ein Profil aufweist, und dass der Aktor in dem aktivierten Zustand in Verbindung mit dem Profil des hülsenartigen Elements die axiale Verschiebung des hülsenartigen Elements längs der Längsachse der Welle bewirkt.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das hülsenartige Element zumindest abschnittsweise koaxial um das Formschlusselement herum angeordnet ist.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das hülsenartige Element mindestens einen dem Formschlusselement zugewandten Anschlag aufweist, und dass das Formschlusselement mindestens einen dem hülsenartigen Element zugewandten Anschlag aufweist.
Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Federelement vorgesehen ist, welches eine axiale Verschiebung längs der Längsachse der Welle zwischen dem hülsenartigen Element und dem Formschlusselement bewirkt.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement zwischen dem Anschlag des hülsenartigen Elements und dem Anschlag des Formschlusselements angeordnet ist.
Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil des hülsenartigen Elements zumindest teilweise aus einer um das hülsenartige Element umlaufenden Vertiefung besteht, in welche der Aktor zumindest im aktivierten Zustand eingreift.
Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement mindestens einen Zweitaktor aufweist, welcher eine axiale Verschiebung des hülsenartigen Elements bewirkt, welche der Verschiebung, die der Aktor bewirkt, entgegengerichtet ist.
Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Formschlusselement um eine Schaltmuffe oder um eine Schaltklaue handelt.
Schaltgetriebe mit einer Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9.