DE102011085771A1

DE102011085771A1 - Schaltvorrichtung

Info

Publication number: DE102011085771A1
Application number: DE201110085771
Authority: DE
Inventors: Dieter Eisenberger
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2011-11-04
Filing date: 2011-11-04
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2031-11-05
Also published as: DE102011085771B4

Abstract

Schaltvorrichtung für ein automatisiertes Fahrzeuggetriebe mit einer Schaltwelle (1), die in einem Gehäuse (2, 2A) axial verschiebbar und verdrehbar angeordnet ist, wobei durch deren Axialbewegung eine Schaltgasse wählbar und durch deren Drehbewegung in der gewählten Schaltgasse eine Gangstufe schaltbar ist, wobei zumindest zwei unabhängig voneinander in axialer Richtung feste, in Umfangsrichtung bewegbare Sperrelemente (4, 5), mit durch Ausnehmungen gebildeten Funktionsabschnitten, die sich zumindest bereichsweise überdecken, mit der Schaltwelle über einen radial aus der Schaltwelle (1) vorstehenden Sperrstift (3) in Wirkverbindung bringbar sind und die Bewegung der Schaltwelle (1) beeinflussen, wobei jedem Sperrelement (4, 5) zumindest eine Rastiervorrichtung (6, 6A, 7, 7A) zugeordnet ist, die das Rastieren der Sperrelemente(4, 5) in vorbestimmten Verdrehpositionen mittels mehrerer Rastierkerben (A-C, D-F) ermöglicht, wobei die beiden Sperrelemente (4, 5) mit jeweils mindestens 3 Rastierkerben (A-C, D-F) zur Einstellung einer genauen Verdreh- und damit Gassenposition versehen sind, sowie jeweils über mindestens zwei schräge Funktionsabschnitte (z. B. 12, 13) zum Verdrehen der Sperrelemente (4, 5) verfügen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltvorrichtung für ein automatisiertes Fahrzeuggetriebe der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
Beispielsweise aus der deutschen Anmeldung der Anmelderin mit dem Aktenzeichen DE 10 2011 004 016.1 ist eine Schaltvorrichtung zum Wählen und Schalten von Gängen in einem 3-Gassen-Handschaltgetriebe für Fahrzeuge mit einer Schaltwelle und von zwei axial übereinander liegenden oder tangential ausgeführten Sperrelementen bekannt. Die Schaltungsanordnung umfasst einen Schalthebel, der so mit einer Schaltwelle gekoppelt ist, dass die Schaltwelle axial und radial bewegt werden kann, um einen Wähl- und Schaltvorgang entlang eines H-Schaltbildes zu realisieren. Um ein unbeabsichtigtes Anwählen der Rückwärtsgang-Schaltgasse oder einer höheren Vorwärtsgang-Schaltgasse aus der Rückwärtsgang-Schaltgasse heraus zu verhindern, ist als Sperre ein von der Schaltwelle betätigtes Führungselement, ein Sperrstift, vorgesehen, welches mit einem Sperrelement zum unbeabsichtigten Schalten der Rückwärtsgang-Schaltgasse oder einer höheren Schaltgasse aus der Rückwärtsgang-Schaltgasse heraus in Wirkverbindung gebracht wird. Um von der der Rückwärtsgang-Schaltgasse benachbarten Vorwärtsgang-Schaltgasse in die Rückwärtsgang-Schaltgasse zu gelangen muss zuvor der 1. Gang geschalten bzw. zumindest ansynchronisiert werden.
Die erfindungsgemäße Absicherung in DE 10 2011 004 016.1 wird dadurch erreicht, dass ein von der Schaltwelle vorstehender Sperrstift entlang der sowohl an dem ersten Sperrelement als auch an dem zweiten Sperrelement vorgesehenen Funktions- bzw. Steuerabschnitte der koaxial zueinander angeordneten Sperrelemente derart geführt wird, dass die Bewegungen der Schaltwelle eingeschränkt werden.
Der Sperrstift durchdringt bzw. durchläuft radial die zumindest abschnittsweise in Überdeckung liegenden Ausnehmungen am Umfangsbereich der Sperrelemente, sodass aufgrund der axial festen Anordnung der Sperrelemente am Gehäuse nur eine vorbestimmte axiale Bewegung der Schaltwelle zugelassen wird.
Die mögliche Drehbewegung bzw. Tangentialbewegung der Sperrelemente kann in vorbestimmten Positionen mithilfe von Rastiereinheiten rastiert werden, wobei z. B. Kugelrasten zu Sperrelementen bzw. zu Rastierkerben am Außenumfang des jeweiligen Sperrelements zugeordnet sind. Diese Rastierkerben und Rastiervorrichtungen verhindern damit ein selbständiges Verdrehen bzw. eine selbständige Tangentialbewegung der Sperrelemente.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine optimierte Schaltvorrichtung für ein Fahrzeuggetriebe der eingangs beschriebenen Gattung vorzuschlagen, bei der neben dem exakten Anfahren und Positionieren der einzelnen Gassen, die Schaltvorrichtung jedes Anwählen einer direkt benachbarten bzw. direkt angrenzenden Schaltgasse zulässt.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und den Zeichnungen sowie aus der dazugehörigen Beschreibung.
Somit wird eine Schaltvorrichtung für ein automatisiertes Fahrzeuggetriebe mit mindestens 3- bzw. 4 Schaltgassen mit oder ohne Kriechgang vorgeschlagen, wobei dem Getriebe auch mindestens eine Bereichsgruppe zum Beispiel als nachgeschaltete Plantetengruppe oder dergleichen zugeordnet sein kann bzw. mindestens eine Splitgruppe vorgeschaltet sein kann. Die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung umfasst zumindest eine Schaltwelle, durch deren Axialbewegungen eine Schaltgasse wählbar und durch deren Verdrehbewegung in der gewählten Schaltgasse eine Gangstufe schaltbar ist. Um das Anwählen einer nicht benachbarten Schaltgasse zu verhindern, sind zumindest zwei Sperrelemente vorgesehen. Beide Sperrelemente können unabhängig voneinander betätigt werden bzw. wirken, um die Axialbewegung der Schaltwelle derart einzuschränken, dass die unerwünschten Schaltgassen nicht angewählt werden können bzw. gesperrt sind.
Mit diesen Sperrelementen wird verhindert, dass bei einem 3-Gassengetriebe aus der Rückwärtsgang-Schaltgasse in einen Gang der Schaltgasse 3/4 geschaltet werden kann und von der Schaltgasse 3/4 in einen Gang der Rückwärtsgang-Schaltgasse geschaltet werden kann. Bei einem 4-Gassengtriebe wird zusätzlich zur eben beschriebenen Funktion bei einem 3-Gassengetriebe verhindert, dass von der Rückwärtsgang-Schaltgasse oder der Schaltgasse 1/2 für den ersten und zweiten Vorwärtsgang direkt in die Schaltgasse 5/6 für den fünften und sechsten Vorwärtsgang geschaltet werden kann und aus der Schaltgasse 5/6 ebenfalls kein Gang der Rückwärtsgang-Schaltgasse bzw. der Schaltgasse 1/2 geschaltet werden kann, so dass erfindungsgemäß nur Gänge in benachbarten Gassen geschaltet werden können. Die Rückwärtsgang-Schaltgasse muss vor dem Anwählen nicht durch ein Synchronisieren des ersten Ganges freigeschalten werden.
Die mögliche Drehbewegung bzw. Tangentialbewegung der Sperrelemente kann in vorbestimmten Positionen rastiert werden, da die Sperrelemente mit mindestens drei Rastierkerben am Außenumfang für den Eingriff von Rastiervorrichtungen wie zum Beispiel Kugelrasten oder dergleichen ausgerüstet sind. Diese Rastierkerben und Rastiervorrichtungen fixieren die Position der Sperrelemente während des Wahlvorganges einer Schaltgasse.
Die Sperrelemente selbst haben wie bei der im Stand der Technik bereits bekannten Variante Aussparungen, die verschiedene Funktionsabschnitte besitzen. Die Sperrelemente haben dabei jeweils mindestens zwei schräge Funktionsabschnitte über die die axiale Verschiebung der Schaltwelle in eine benachbarte Gasse verläuft. Für ein 3-Gassengetriebe werden mindestens 12 Funktionsabschnitte auf jedem der beiden Sperrelementen benötigt um die Funktionsfähigkeit zu garantieren. Der genaue Ablauf wird anschließend mit Hilfe der beigefügten Zeichnungen erläutert. Für ein 4-Gassengetriebe benötigt das erste, weiter von der Schaltwelle entfernte bzw. hier axial außen liegende Sperrelement mindestens 10 Steuerkanten als Funktionsabschnitte, wogegen das zweite, der Schaltwelle näher angeordnete Sperrelement, und damit in dem hier aufgezeigten Beispiele zur Achse hin innen liegende Sperrelement, mindestens 18 Funktionsabschnitte bzw. Steuerkanten aufweist.
In einer optimierten Form werden bei einem 3-Gassengetriebe die Aussparungen beider Sperrelemente in Form von einem Y angebracht. Diese werden mit dem oberen offenen Ende gegeneinander gerichtet und übereinander montiert, um die Sperrfunktion für ein 3-Gassengetriebe vollumfänglich übernehmen zu können.
In einer optimierten Form für das 4-Gassengetriebe erhält das erste äußere Sperrelement eine Aussparung in Form eines O mit einem kantigen Umfang, bei dem zentral ein Sperrbereich im Mittelteil mit 2 Funktionsabschnitten angebracht ist. Die Aussparung dieses Sperrelementes durchdringt deshalb nicht die Dicke des kompletten Sperrelementes. Der Mittelteil wird durch eine Grundfläche gehalten. Der nötige Halt des Mitteilteiles könnte auch aus Gründen der Gewichtsersparnis mit einzelnen Stegen von der Wand zum Mittelteil gewährleistet werden. Weitere Ausführungsformen wie z.B. Bohrungen zur Gewichtsersparnis in der Grundfläche sind denkbar. Die Aussparung des zweiten, inneren Sperrelement wird in X-Form ausgeführt und durchdringt das komplette Bauteil. Damit gibt das äußere Sperrelement mit seiner Tiefe der Aussparung zusammen mit den Montagefreiräumen und der Höhe des zweiten Sperrelements die Begrenzung für die maximale Höhe des auf bzw. in der Schaltwelle angebrachten Sperrstifts vor. Dieser muss in den Funktionsraum des zweiten, äußeren Sperrelements hineinreichen aber darf sich nicht darin verkeilen oder festsetzen, damit die Funktion der Erfindung gewährleistet ist.
Anhand folgender Zeichnungen wird die Erfindung genauer beschrieben:
1: Ansicht einer Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung eines 3-Gassengetriebes
2: Ansicht der Ausführungsvariante nach 1 mit geschnittenem äußerem Sperrelement
3: Detailansicht der montierten Sperrelemente im 3-Gassengetriebe
4: Detailansicht des ersten, radial außen angeordneten Sperrelements nach 3
5: Detailansicht des zweiten radial innen angeordneten Sperrelements nach 3
6: Erfindungsgemäßer Wähl- und Schaltablauf bei einem 3-Gassengetriebe mit Kriechgang (CR-Gang)
7: Detailansicht der montierten Sperrelemente einer Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung eines 4-Gassengetriebes
8: Detailansicht des ersten, radial außen angeordneten Sperrelements nach 7
8A: Weitere Detailansicht des Sperrelements nach 8
9: Detailansicht des zweiten, radial innen angeordneten Sperrelements nach 7
10: Erfindungsgemäßer Wähl- und Schaltablauf bei einem 4-Gassengetriebe ohne Kriechgang (CR-Gang)
In der 1 und 2 ist eine mögliche Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung exemplarisch für ein Getriebe mit drei Schaltgassen dargestellt.
Die Schaltvorrichtung umfasst dabei eine Schaltwelle 1, die in zumindest einem Gehäuse 2, 2A axial verschiebbar und verdrehbar gelagert ist, wobei durch eine axiale Bewegung der Schaltwelle 1 eine gewünschte Schaltgasse wählbar und durch eine Verdrehbewegung der Schaltwelle 1 in einer gewählten Schaltgasse eine Gangstufe schaltbar ist. Die Schaltwelle 1 weist einen im wesentlichen quer bzw. radial vorstehenden Sperrstift 3 auf, der fest mit der Schaltwelle 1 zum Beispiel durch Einpressen oder dergleichen verbunden ist und somit die Axialbewegungen und die Verdrehbewegungen der Schaltwelle 1 mit ausführt.
Die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung umfasst ferner ein erstes Sperr element 4 und ein zweites Sperrelement 5, die etwa zylinderförmig bzw. hülsenförmig ausgebildet sind. Die beiden Sperrelemente 4, 5 sind koaxial zur Schaltwelle 1 im Gehäuse 2, 2A axial fest gelagert, wobei die Sperrelemente 4, 5 jeweils unabhängig voneinander Drehbewegungen ausführen können. Dazu sind beide Sperrelemente 4, 5 im Gehäuse 2 radial gelagert. Die axiale Lagerung erfolgt an einem Ende der Sperrelemente 4, 5 am Gehäuse 2 und am anderen Ende der Sperrelemente 4, 5 am Gehäuse 2A.
Die koaxial zur Schaltwelle 1 angeordneten Sperrelemente 4, 5 sind derart ineinander angeordnet, dass das erste Sperrelement 4 radial außen und das zweite Sperrelement 5 radial innen vorgesehen ist, wobei das zweite Sperrelement 5 in axialer Richtung breiter ausgeführt ist als das radial äußere, erste Sperrelement 4, welches sich besonders aus der Darstellung gemäß 1 ergibt. In 2 ist das erste Sperrelement 4 geschnitten dargestellt, so dass in dieser Darstellung das zweite Sperrelement 5 vollständig zu sehen ist.
Zum Fixieren bzw. Rastieren von vorbestimmten Verdrehpositionen der einzelnen Sperrelemente 4, 5 sind jedem Sperrelement 4, 5 zwei Rastiervorrichtungen in Form von Kugelrasten 6, 6A bzw. 7, 7A zugeordnet, die durch Federkraft in entsprechende Rastierkerben A, B, C (4) bzw. D, E, F (2, 5) in Umfangsrichtung im Wesentlichen nebeneinander bei den zugeordneten Sperrelementen 4, 5 angeordnet sind. Die in den 1 und 2 angedeuteten Kugelrasten 6, 6A und 7, 7A sind jeweils gegenüberliegend, also in einem Winkel von 180° zueinander, jedem Sperrelement 4, 5 zugeordnet. Dies deshalb, da dadurch ein Querkraftausgleich erfolgt und so die Reibung in den Radiallagern verringert wird.
In 1 sind ebenfalls Steuerkanten bzw. Funktionsabschnitte am ersten Sperrelement 4 und teilweise am zweiten Sperrelement 5 zu erkennen. Die Funktionsabschnitte werden durch entsprechende Ausnehmungen in der Wandung der Sperrelemente 4, 5 am Umfangsbereicht der Sperrelemente 4, 5 gebildet. Die Ausnehmungen sind dabei derart vorgesehen, dass die Funktionsabschnitte der koaxial ineinander angeordneten Sperrelemente 4, 5 zumindest bereichsweise in Überdeckung sind. In 2 ist das erste Sperrelement geschnitten dargestellt, so dass die Funktionsabschnitte des zweiten Sperrelements 5 nun vollständig sichtbar sind.
3 bis 5 zeigen jeweils Ansichten eines 3-Gassengetriebes, bei denen die Schaltwelle 1 und die beiden Sperrelemente 4, 5 in die Ebene projiziert dargestellt sind. Jedes der Sperrelemente 4, 5 weist vorzugsweise z.B. flächige Funktionsabschnitte auf, die nachfolgend als Steuerkanten bezeichnet sind.
In hier nicht gezeigten Ausführungsformen ist auch eine Ausbildung der Sperrelemente 4, 5 derart möglich, dass die Sperrelemente 4, 5 nicht als drehbare Hülsen um die Schaltwelle 1 angeordnet sind, sondern plattenförmig derart im Gehäuse 2 bzw. 2A gelagert sind, dass sie eine tangentiale Bewegung relativ zur Schaltwelle 1 durchführen können, wobei Sie durch den Sperrstift 3 verschoben werden. Die Sperrelemente sind dann entsprechend der auf den Sperrelementen 4, 5 in 3 dargestellten Pfeilen an den Sperrelemente 4, 5 seitlich verschiebbar, aber axial entlang der Wählbewegung der Schaltwelle 1 festgelegt.
Um die Bewegung der Schaltwelle 1 über die Sperrelemente 4, 5 beeinflussen zu können, steht der Sperrstift 3 der Schaltwelle 1 in Wirkverbindung mit den Sperrelemente 4, 5 indem der Sperrstift 3 entlang der Steuerkantenabschnitte bzw. der Funktionskantenabschnitte der Sperrelemente 4, 5 geführt wird, wie dies in 3 angedeutet ist. Dadurch ist es möglich, dass sowohl die Rückwärtsgang-Kriechgang- Schaltgasse RG/CR als auch die höheren Vorwärtsgang-Schaltgassen, insbesondere die Schaltgasse 3/4, abgesichert werden.
In 3 sind die Richtungen der Wählbewegung und der Schaltbewegungen der Schaltwelle 1 jeweils durch Doppelpfeile angedeutet. Die Sperrelemente 4, 5 sind axial fest und tangential bewegbar bzw. verdrehbar, welches in der Darstellung gemäß 3 nur als senkrechte Linearbewegung in der Zeichnungsebene von oben nach unten sichtbar ist, welches durch Pfeile an den Sperrelementen 4, 5 angedeutet ist. Die den Sperrelementen 4, 5 zugeordneten Rastiervorrichtungen bzw. Kugelrasten 6, 6A bzw. 7, 7A sind in 3 lediglich schematisch dargestellt, wobei jeweils nur die Kugel der Kugelrasten 6, 7 sichtbar sind. Die Kugelrasten 6, 6A bzw. 7, 7A sind nur entlang der Mittelachse der Schaltwelle 1 beweglich und werden von den nicht weiter dargestellten Druckfedern in die Rastierkerben A, B, C (4) bzw. D, E, F (5) am Umfangsbereich des jeweiligen Sperrelementes 4, 5 gedrückt. Zum besseren Erkennen der Wählposition der Schaltwelle 1 bzw. des Sperrstifts 3 ist eine Gassenskala 8 angebracht, welche die Lage der Gassen bezeichnet. Auf der Schaltwelle 1 befindet sich ein Gassenzeiger 9. Mit diesem kann die jeweilige Position der Schaltwelle 1 erkannt werden. Diese Anzeige dient lediglich der Veranschaulichung und wird deswegen auch entsprechend bei den 6, 7 und 10 vorgesehen.
Aus 4 ergibt sich die detaillierte Ausführung der Steuerkantenabschnitte und der Rastierkerben A, B und C des ersten Sperrelements 4. Das erste Sperrelement 4 weist zwölf Steuerkanten 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21 und 22 auf, wobei die Steuerkanten 14, 15, 16, 17, 20 und 21 im Wesentlichen axial am Umfangsbereich ausgerichtet sind. Die Steuerkanten 12 und 13 verlaufen sowohl in axialer als auch in Umfangsrichtung, sodass, in die Ebene projiziert, sich jeweils eine Schräge ergibt. Diese Steuerkanten werden zukünftig schräge Steuerkanten genannt. Die Steuer kanten 11, 18, 19 und 22 verlaufen im Wesentlichen in Umfangsrichtung und dienen als Sperrkante oder -fläche bzw. Anschlagfläche zur Absicherung der Wählbewegung nur in benachbarte Schaltgassen.
Aus 5 ergibt sich die detaillierte Ausführung der Steuerkantenabschnitte und der Rastierkerben D, E und F am Umfangsbereich des zweiten Sperrelements 5. Das zweite Sperrelement 5 weist ebenso wie das erste zwölf Steuerkanten 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42 auf. Die Steuerkanten 32 und 33 sind schräge Steuer kanten. Die Steuerkanten 31, 38, 39 und 42 sind als Anschlagflächen ausgebildet und verlaufen im Wesentlichen in Umfangsrichtung. Die Steuerkanten 34, 35, 36, 37, 40 und 41 sind im Wesentlichen axial zur Schaltwelle verlaufende Steuerkanten.
In 6A–6T wird eine erfindungsgemäße Ausführung des Wähl- und Schaltablaufes für ein 3-Gassengetriebe mit Crawler CR in der Schaltgasse des Rückwärtsganges RG beschrieben, das mit den aus 1–5 beschriebenen Bauteilen arbeitet. Die Gassen des 3-Gassengetriebes werden schematisch als Schaltbild 10 dargestellt. Von 6A bzw. 6B bis 6M wird der Hochschaltvorgang vom CR- bzw. RG-Gang zum Gang 4 und abschließend in die neutrale Stellung Gasse-3/4 dargestellt. In 6 Bist der Rückwärtsgang RG geschaltet. Das zweite Sperrelement 5 ist dabei nicht rastiert, wogegen das erste Sperrelement 4 in Kerbe A rastiert ist. Die Rastierung der Sperrelemente 4, 5 ist hier nicht nötig, da die Steuerkanten 40, 41, 17 und 15 so liegen, dass beim Verdrehen der Schaltwelle 1 der Sperrstift 3 die Sperrelemente 4, 5 mitnimmt und diese damit an einem selbständigen Verdrehen bzw. einer selbständigen tangentialen Bewegung hindert. Die Rastierung des Sperr elements 4 wäre hier deshalb ebenfalls vernachlässigbar, schadet aber der Funktion nicht. Deshalb sind weitere Rastiermöglichkeiten am Umfang der Sperrelemente ebenfalls denkbar. Die Rastierung muss in allen Neutral-Stellungen der Gasse 1/2 der Schaltung greifen, da in diesen Phasen die Schaltung in verschiedene Richtungen initiiert werden kann. In 6A wird dies ebenfalls nochmals für den CR-Gang dargestellt. Hierbei wurde die Schaltwelle 1 in der RG/CR-Gasse verdreht und die Rasten beider Sperrelemente 4 und 5 befinden sich nun unterhalb der Rastierkerben ohne in eine Kerbe einzugreifen.
Auf 6C wird nun in die RG/CR-Neutral-Gasse geschaltet. Dabei ist das erste Sperrelement 4 in Kerbe C rastiert und das zweite Sperrelement 5 in Kerbe E. Hier ist die Rastierung nötig, da die Neutral-Stellung die Option bietet, in andere Gassen zu schalten. Von hier aus muss erfindungsgemäß ein Schalten in die Schaltgasse 1/2 möglich sein aber ein Schalten in höhere Schaltgassen verhindert werden. Durch eine in 6D dargestellte axiale Verschiebung der Schaltwelle 1 kann die Schaltwelle 1 soweit verschoben werden, bis der Sperrstift 3 an der Anschlagkante 42 des zweiten Sperrelements 5 auftrifft und eine weitere axiale Verschiebung verhindert wird. 6E bis 6H zeigen auf, wie durch eine Verdrehung der Schaltwelle 1 die Schaltstellungen Gang 1 (siehe 6E) und anschließend über die Neutral-Stellung (6F) in den 2. Gang (6G) und zurück in die Neutral-Stellung in der Schaltgasse 1/2 (6H) geschalten werden. In den neutralen Gassenpositionen 6F und 6H ist jeweils der Durchlass zu den beiden benachbarten Gassen RG/CR und 3/4 über die schrägen Steuerkanten der beiden Sperrelemente 4, 5 möglich.
Zum Schalten des Ganges 1 wird in 6E die Schaltwelle 1 verdreht, so dass der Sperrstift 3 das Sperrelement 5 über die Steuerkante 34 mit bewegt und die Rastierung des Sperrelementes 5 in die Kerbe F geführt wird. Um zurück in die Stellung Schaltgasse 1/2-Neutral zu schalten, muss wie in 6F kein Sperrelement verschoben werden. Die Rastierung wird nicht verändert. Die Schaltwelle 1 wird lediglich so verdreht, dass der Sperrstift 3 auf die Steuerkanten 15 und 35 trifft. Um nun, wie in Fig. G gezeigt, in den 2. Gang zu schalten, nimmt der Sperrstift 3 beide Sperrelemente 4, 5 über die Steuerkanten 15 und 35 bei seiner Verdrehung mit und verschiebt damit die Rastierungen in die Rastierkerben A und D. Um nun wieder in die Stellung Schaltgasse 1/2-Neutral wechseln zu können ist wiederum keine Bewegung der Sperrelement 4, 5 nötig, da die Schaltwelle 1 mit dem Sperrstift 3 lediglich zu den Kanten 14 und 34 verdreht wird. Die Rastierung bleibt dabei gleich.
Von der Schaltgasse 1/2 in 6H wird in die Schalgasse 3/4 6I geschaltet. Bei der axialen Verschiebung in die Schaltgasse 3/4 in 6I wird das erste Sperrelement 4 über die schräge Steuerkante 12 entlang der Steuerkante 34 des Sperrelements 5 so verschoben, dass die Rastierung des ersten Sperrelements 4 in Kerbe B rastiert. Das zweite Sperrelement 5 bleibt unverändert. Der Wählvorgang in die Schaltgasse 3/4 hätte ebenso nach dem Auslegen des Ganges 1 geschehen können. Dies wird im Übergang von 6E über 6F zu 6O hin aufgezeigt. Der Vorgang verläuft analog. Allerdings wird zusammen mit der schrägen Steuerkante 13 der andere Zweig des Y des ersten Sperrelements entlang der Steuerkante 35 verwendet und die Rastierungen sind in der Stellung Gasse 3/4-Neutral entsprechend in Kerbe B und F.
6J bis 6M zeigen anschließend das Schalten durch eine Verdrehung der Schaltwelle 1 unter Mitnahme des Sperrstifts 3 und der damit verbundenen Verdrehung bzw. Tangentialbewegung der Sperrelemente von der Schaltgasse 3/4-Neutral-Stellung in den dritten Gang (6J) und anschließend über die Stellung Schaltgasse 3/4- Neutral (6K) in den vierten Gang (6L) und zum Abschluss wieder in die Schaltgasse 3/4-Neutral-Stellung (6M). Dazu wird von 6I zu 6J die Schaltwelle 1 mit dem Sperrstift 3 in Richtung Gang 3 verdreht und der Sperrstift 3 nimmt dabei beide Sperrelemente 4, 5 über die Steuerkanten 20 und 34 mit. Die Rastierungen stehen nach Beendigung des Schaltvorganges beim ersten Sperr element 4 unterhalb der Rastierkerbe C und beim zweiten Sperrelement 5 in der Kerbe F. Um weiterzuschalten wird wieder in die Schaltgasse 3/4-Neutral-Stellung (6K) geschalten. Die Schaltwelle 1 mit dem Sperrstift 3 verdreht über die Steuerkanten 21 und 36 die Sperrelemente 4, 5 bis die Neutral-Stellung erreicht ist und die Rastierungen in den Rastierkerben B und D stehen. Zum Einlegen des vierten Ganges (6L) wird die Schaltwelle 1 mit dem Sperrstift 3 und den Sperrelementen 4, 5 weiter in die gleiche Richtung verdreht. Es findet in dieser Stellung keine Rastierung statt, da die Rastierungen außerhalb des Bereichs der Rastierkerben sind. Um einen Gassenwechsel vollziehen zu können muss anschließend wieder in Neutral-Stellung in der Schaltgasse 3/4 geschaltet werden. Dazu wird die Schaltwelle 1 mit dem Sperrstift 3 in Richtung Neutralposition verdreht und der Sperrstift 3 nimmt dabei die Sperrelemente über die Steuerkanten 20 und 34 mit. Nach Abschluss dieser Verdrehung ist das Sperrelement 4 in Kerbe B rastiert und das Sperrelement 5 in Kerbe D.
Erfindungsgemäß ist es nach dieser Schaltstellung nur möglich die benachbarte Schaltgasse 1/2 zu wählen. Dies wird in 6N dargestellt. Die Schaltwelle 1 kann axial so weit verschoben werden, bis der Sperrstift 3 an der Anschlagfläche 22 des ersten Sperrelements 4 ansteht und nicht weiter axial verfahren kann. Die Rastierung in den Rastierkerben B und D ist dabei gleich geblieben, da nur eine axiale Bewegung der Schaltwelle 1 stattgefunden hat und diese nicht durch eine schräge Steuerkante eines Sperrelements beeinflusst wurde. Nach dieser Schaltstellung kann durch Verdrehen der Schaltwelle 1 mit dem Sperrstift 3 wieder in den Gang 1 (6E) oder den Gang 2 (6G) geschalten werden.
Weitere Schaltabläufe wie z.B. von Schaltgasse 1/2-Neutral (6F) in die Schaltgasse RG/CR-Neutral (6C) oder das Schalten aus der Schaltgasse 1/2 Neutral-Stellung (6H) in die RG/CR-Schaltgasse (6S) verlaufen analog und werden nicht weiter beschrieben.
7 bis 10 zeigen beispielhaft eine erfindungsgemäße Ausführung der Schaltvorrichtung für ein 4-Gassen-Getriebe mit einer Schaltgasse für den Rückwärtsgang RG ohne Crawler CR. 7 zeigt die Ansicht der Schaltvorrichtung mit der Schaltwelle 1, die axial verschiebbar und verdrehbar gelagert ist, und mit dem fest angebrachten Sperrstift 3 an der Schaltwelle 1, der radial aus der Schaltwelle 1 hervorsteht. Der Sperrstift 3 ist in Eingriff mit den Funktionsbereichen der Sperrelemente 4, 5, die teilweise überschneidend angeordnet sind. Die Sperr elemente 4, 5 sind axial fest aber in Umfangrichtung verdrehbar gelagert. Die Pfeile an den Sperrelementen 4, 5 geben die mögliche Verdrehrichtung an. Sind die Sperrelemente 4, 5 nicht als Hülse ausgebildet, sondern als Scheibe bzw. Platte, kann die Funktion über eine tangentiale Verschiebung zur Schaltwelle 1 umgesetzt werden. Jedes Sperrelement 4, 5 hat mindestens drei Rastierkerben A, B, C (8) bzw. D, E, F (9) die mit Hilfe von Rastiervorrichtungen, in diesem Fall Kugelrasten, rastiert werden können. Von den Kugelrasten wurden hier vereinfacht nur die Kugeln 6, 7 dargestellt. Zur besseren Veranschaulichung sind hier ebenfalls ein Gassenzeiger 9 auf der Schaltwelle 1 und eine Gassenskala 8 mit abgebildet. Der Winkel α beschreibt den Winkel zwischen den im Wesentlichen axial verlaufenden Steuerkanten und den angrenzenden Schrägen Steuerkanten des äußeren Sperrelements 4 und sollte für dieses Beispiel maximal 148° betragen und mindestens 135°. Allerdings kann die Grenze aus geometrischen Gründen unterschritten werden. Die Grenze ist theoretisch dann erreicht, wenn die Radialkomponente der Reibkraft größer ist als die Verdrehkkraft wäre und damit eine Selbsthemmung erreicht werden würde. Der Winkel γ, Winkel zwischen den schrägen Steuerkanten und den im Wesentlichen axial verlaufenden angrenzenden Steuerkanten des inneren Sperrelements 5, sollte in diesem Beispiel kleiner gleich 45° sein um ein günstiges Verschleißverhalten zu erzielen.
8 zeigt das erste äußere, von der Schaltwelle 1 entferntere, Sperrelement 4. Das erste Sperrelement 4 hat eine in etwa O-förmige Funktionsaussparung mit zehn Funktionsabschnitten bzw. Steuerkanten 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60. Vier der Steuerkanten sind schräge Steuerkanten 52, 53, 56 und 57. Die Steuerkanten 54 und 55 verlaufen im Wesentlichen parallel zur Schaltwelle 1 und die Steuerkanten 51, 58 und 59, 60 sind als Anschlagflächen im Wesentlichen in Umfangsrichtung ausgeführt. Dabei sind die Steuerkanten 59 und 60 an einem im Zentrum des Funktionsbereichs bestehenden Mittelteil zur Sperrung zwischen den Schaltgassen 1/2 und 3/4 positioniert. Das erste Sperrelement 4 hat in Umfangsrichtung mindestens drei Rastierkerben A, B, C zur Positionsrastierung.
8A zeigt in einer anderen Ansicht des ersten Sperrelements 4, dass der Funktionsbereich des ersten Sperrelements 4 den Körper des Sperrelements 4 nicht komplett durchdringt, da in der Mitte ein nicht ausgesparter Sperrbereich mit zwei Steuerkanten 59, 60 vorgesehen ist. Die Tiefe der Aussparung des Funktionsbereiches ist also geringer als die Dicke der Wandung des Sperrelementes 4.
9 zeigt entsprechend die Ansicht des zweiten Sperrelements 5, das ebenfalls mindestens 3 in Umfangsrichtung angebrachte Rastierkerben D, E, F aufweist und einen Funktionsbereich in Form eines X besitzt, der mit dem Sperrstift 3 mit Hilfe von 18 Steuerkanten in Kontakt tritt. Dabei sind die Steuerkanten 67, 68, 69 und 70 als schräge Steuerkanten, die Steuerkanten 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77 und 78 als Steuerkanten, die im Wesentlichen parallel zur Achse der Schaltwelle 1 verlaufen und die Steuerkanten 61, 62, 63, 64, 65 und 66 als Anschlagflächen ausgeführt. Der Funktionsbereich durchdringt dabei die komplette Dicke der Wandung des Sperrelements, so dass der Sperrstift 3 in jedem Bereich die Möglichkeit hat, durch das zweite innere Sperrelement 5 hindurch in das erste äußere Sperrelement 4 hineinzuragen.
Der Winkel α in 7 beschreibt den Winkel zwischen den im Wesentlichen axial verlaufenden Steuerkanten und den angrenzenden schrägen Steuerkanten des äußeren Sperrelements 4 und sollte für dieses Beispiel maximal 148° betragen und mindestens 135°. Die Komponente der Reibkraft in Umlaufrichtung sollte kleiner sein, als die Verdrehkraft, damit eine Selbsthemmung nicht erreicht wird. Der Winkel γ als Winkel zwischen den schrägen Steuerkanten und den im Wesentlichen axial verlaufenden angrenzenden Steuerkanten des inneren Sperrelements 5, sollten in diesem Beispiel kleiner oder gleich 45° sein, um ein günstiges Verschleißverhalten zu erzielen.
10 zeigt einen erfindungsgemäßen Schalt- und Wählablauf für ein 4-Gassengetriebe ohne Crawler CR zur Schaltung in benachbarte Gassen mit Hilfe der Sperrelemente 4, 5 aus 8 und 9. Das schematisch dargestellte Schaltbild 50 zeigt das hier beschriebene 4-Gassengetriebe mit den Gassen RG, 1/2, 3/4 und 5/6 als H-Schaltbild. 10A bis 10N zeigen den Hochschaltvorgang von Schaltgasse 1/2- Neutral bis Gang 6. Als Ausgangstellung wird hier die Position Schaltgasse 1/2-Neutral in 10A gewählt. Das erste Sperrelement 4 ist in Kerbe B rastiert und das zweite Sperrelement 5 ist in Kerbe F rastiert. Da angenommen wird, dass zuvor von der Schaltgasse RG 10T in die Schaltgasse 1/2 geschalten wurde ist der Weg zur Schaltgasse 3/4 hier durch die Anschlagfläche 60 gesperrt. Um nun in den ersten Gang 1 10B zu schalten, wird die Schaltwelle 1 mit dem Sperrstift 3 in diesen Gang in Umfangsrichtung verdreht, wobei der Sperrstift 3 das Sperrelement 4 über die Steuerkante 54 mitnimmt, aber das zweite Sperrelement 5 nicht bewegt wird. Die Rastierung bleibt daher beim zweiten Sperrelement 5 in der Kerbe F, verschiebt sich aber beim ersten Sperrelement 4 in die Kerbe C. Zurück in die Position Schaltgasse 1/2-Neutral 10C wird nur die Schaltwelle 1 verdreht ohne die Sperrelemente 4, 5 und die damit verbundenen Rastierungen zu beeinflussen. 10D zeigt die Schaltstellung für das Schalten in den zweiten Gang. Dabei werden beide Sperrelemente 4, 5 durch das Verdrehen der Schaltwelle 1 und des Sperrstiftes 3 über die Steuerkanten 55 und 74 mit verdreht und in den Rastierkerben A und D rastiert. Um nun zurück in die Schaltgasse 1/2-Neutral (10E) zu gelangen, wird lediglich die Schaltwelle 1 verdreht ohne die Sperrelemente 4, 5 zu beeinflussen. Die Rastierung in A und D bleibt bestehen. Wird anschließend in die Schaltgasse 3/4 gewechselt, entsteht kurzzeitig eine Zwischenstellung (10F), in der der Sperrstift 3 über die schräge Steuerkante 68 des zweiten Sperrelements 5 geschoben wird und damit das Sperrelement 5 so verdreht, dass der Sperrstift 3 in 10G in der Schaltgasse 3/4 an der Anschlagfläche 62 gesperrt wird. Während der Schaltstellung in der Zwischenstellung (10F) ist die Rastierung des Sperrelements 5 zwischen den Rastierkerben D und E. Nach Beendigung des Wählvorganges (10G) ist auch der Rastiervorgang in die Kerbe E abgeschlossen. Das erste Sperrelement 4 wurde bei diesem Schaltvorgang nicht beeinflusst. In 10H wird aus der 3/4-Neutral-Stellung in den dritten Gang geschalten und die Schaltwelle 1 entsprechend verdreht. Der Sperrstift 3 wird dadurch ebenfalls verdreht und nimmt über die Funktionsabschnitte 54 und 71 die beiden Sperrelemente 4, 5 mit. Nach Abschluss der Verdrehung ist das Sperrelement 4 in Kerbe C und das Sperrelement 5 in Kerbe F rastiert. Zum Schalten in den vierten Gang (10I) wird über die hier nicht dargestellte 3/4-Neutral-Stellung die Schaltwelle 1 in den vierten Gang verdreht. Damit werden die Sperrelemente 4, 5 durch den Sperrstift 3 über die Steuerkanten 55 und 73 ebenfalls verdreht. Abschließend sind die Sperrelemente 4, 5 in den Rastierkerben A und D rastiert. 10J zeigt die Verdrehung vom vierten Gang in die 3/4-Neutral-Stellung. Von dieser Position aus kann über die schräge Steuerkante 67 die benachbarte Schaltgasse 1/2 gewählt werden oder, wie in 10K dargestellt, in die Schaltgasse 5/6. Dabei wird der Sperrstift 3 axial entlang der schrägen Steuerkante 52 und der Steuerkante 71 geführt bis zu den Anschlagflächen 51 und 65. Die Rastierung des äußeren Sperrelements 4 wird dabei in die Kerbe B verschoben. Das zweite Sperrelement 5 bleibt unverändert rastiert, da nur eine axiale Verschiebung entlang einer parallel zur Schaltwelle 1 ausgerichteten Steuerkante 71 stattfand. 10L zeigt die Schaltstellung im Gang 5. Beide Sperrelemente 4, 5 wurden mit verdreht und das Sperrelement 4 ist nicht rastiert, während das Sperrelement 5 in Kerbe F rastiert wird. Über die Neutral-Stellung (10M) wird anschließend in 10N in den Gang 6 geschalten. Dies hat wiederum ein Verdrehen der Schaltwelle 1, des Sperrstiftes 3 und der Sperrelemente 4, 5 zur Folge, was die Rastierung in der Stellung 5/6-Neutral (10M) in B und D verschiebt und anschließend in 10N beide Sperrelemente 4, 5 unrastiert zeigt.
10M und 10O bis 10S beschreiben das Herunterschalten von Schaltgasse 5/6 bis Schaltgasse 1/2 während dessen nur der Gang 3 (10P) geschalten wird. In 10O wird die Schaltwelle 1 axial so weit verschoben, bis der Sperrstift 3 an der Anschlagfläche 59 angehalten wird. Die Sperrelemente 4, 5 sind weiterhin wie in 10M in den Rastierkerben B und D rastiert. Damit befindet sich die Schaltwelle 1 in der Schaltgasse 3/4. Um den dritten Gang anschließend zu schalten (10P) wird die Schaltwelle 1 verdreht und der mitdrehende Sperrstift 3 führt über die Steuerkanten 54 und 71 die Sperrelemente 4, 5 mit. Die Rastierung wird in die Rastierkerben C und F verschoben. Um wie in 10Q dargestellt in die Neutral- Stellung der Schaltgasse 3/4 zurückzuschalten, wird lediglich die Schaltwelle 1 mit dem Sperrstift 3 verdreht, ohne die Sperrelemente 4, 5 und die Rastierung zu beeinflussen. Zum Gassenwechsel in die Schaltgasse 1/2 wird analog zu 10F eine Zwischenstellung überfahren, die in 10R dargestellt ist. Über die schräge Steuerkante 69 wird das innen liegende Sperrelement 5 soweit verdreht, dass der Sperrstift 3 in der Schaltgasse 1/2 an der Anschlagfläche 61 gesperrt wird und damit erfindungsgemäß nicht weiter in die RG-Schaltgasse geschaltet werden kann. 10S zeigt die abschließende Stellung in Schaltgasse 1/2-Neutral. Die beiden Sperrelemente 4, 5 sind in den Rastierkerben C und E rastiert. Von hier aus kann in den Gang 1 oder 2 geschaltet werden.
10T und 10U beschreiben den Wählvorgang aus der Schaltgasse 1/2 (10A) in die RG-Schaltgasse. Der Sperrstift 3 verläuft dabei im unteren Teil des Sperrelements 5 bis zur Anschlagfläche 64. 10V zeigt den Zustand der Sperrelemente 4, 5 in der Rückwärtsgang-Neutral-Stellung, wenn zuvor der zweite Gang geschaltet wurde. Dabei wird der obere Teil des Sperrelements 5 genutzt und die Anschlagfläche 63 dient als Steuerkante. Die Rastierung des Sperrelements 5 ist dabei einmal in Kerbe F (10T) und in 10V in Kerbe D. Für das erste Sperrelement 4 ist die Ausgangsposition jeweils dieselbe und es wird in beiden Varianten in Kerbe B rastiert.
Bezugszeichenliste

1: Schaltwelle
2, 2A: Gehäuse
3: Sperrstift
4: Erstes Sperrelement
5: Zweites Sperrelement
6, 6A: Rastiervorrichtung für äußeres Sperrelement
7, 7A: Rastiervorrichtung für inneres Sperrelement
8: Gassenskala
9: Gassenzeiger
W: Wählbewegung
S: Schaltbewegung
10: Schaltbild
11: Steuerkante/Anschlagfläche 3-Gassen-Getriebe
12, 13: Schräge Steuerkante
14–17: Steuerkante
18, 19: Steuerkante/Anschlagfläche
20, 21: Steuerkante
22, 31: Steuerkante/Anschlagfläche
32, 33: Schräge Steuerkante
34–37: Steuerkante
38, 39: Steuerkante/Anschlagfläche
40, 41: Steuerkante
42: Steuerkante/Anschlagfläche
A, B, C: Rastierkerbe Sperrelement außen
D, E, F: Rastierkerbe Sperrelement innen
50: Schaltbild
51: Steuerkante/Anschlagfläche
52, 53: Schräge Steuerkante
54, 55: Steuerkante
56, 57: Schräge Steuerkante
58–66: Steuerkante/Anschlagfläche
67–70: Schräge Steuerkante
71–78: Steuerkante
1/2: Schaltgasse des ersten und zweiten Ganges
3/4: Schaltgasse des dritten und vierten Ganges
5/6: Schaltgasse des fünften und sechsten Ganges
RG/CR: Schaltgasse des Rückwärtsganges und des Kriechganges
α: Winkel zwischen zwei Steuerkanten des Sperrelements 4
γ: Winkel zwischen zwei Steuerkanten des Sperrelements 5

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011004016 [0002, 0003]

Claims

Schaltvorrichtung für ein automatisiertes Fahrzeuggetriebe mit einer Schaltwelle (1), die in einem Gehäuse (2, 2A) axial verschiebbar und verdrehbar angeordnet ist, wobei durch deren Axialbewegung eine Schaltgasse wählbar und durch deren Drehbewegung in der gewählten Schaltgasse eine Gangstufe schaltbar ist, wobei zumindest zwei unabhängig voneinander in axialer Richtung feste, in Umfangsrichtung bewegbare Sperrelemente (4, 5), mit durch Ausnehmungen gebildeten Funktionsabschnitten, die sich zumindest bereichsweise überdecken, mit der Schaltwelle über einen radial aus der Schaltwelle (1) vorstehenden Sperrstift (3) in Wirkverbindung bringbar sind und die Bewegung der Schaltwelle (1) beeinflussen, wobei jedem Sperrelement (4, 5) zumindest eine Rastiervorrichtung (6, 6A, 7, 7A) zugeordnet ist, die das Rastieren der Sperrelemente(4, 5) in vorbestimmten Verdrehpositionen mittels mehrerer Rastierkerben (A-C, D-F) ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Sperrelemente (4, 5) mit jeweils mindestens 3 Rastierkerben (A-C, D-F) zur Einstellung einer genauen Verdreh- und damit Gassenposition versehen sind, sowie jeweils über mindestens zwei schräge Funktionsabschnitte (12, 13) zum Verdrehen bzw. tangentialen Bewegen der Sperrelemente (4, 5) verfügen.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem 3-Gassengetriebe das erste, von der Schaltwelle aus entferntere Sperrelement (4) und das zweite, der Schaltwelle näher liegende Sperrelement (5) als Funktionsabschnitte zwölf Steuerkanten (11–22 bzw. 31–42) aufweist.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem 4-Gassengetriebe, das erste, äußere Sperrelement (4) zehn Steuerkanten (51–60) als Funktionsabschnitte aufweist, wobei das zweite, innere Sperrelement (5) als Funktionsabschnitte achtzehn Steuerkanten (61–78) aufweist.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem 3-Gassengetriebe die Funktionsaussparungen beider Sperrelemente in Y-Form (4, 5) ausgebildet sind.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 1 oder zwei, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem 4-Gassengetriebe die Funktionsaussparung eines Sperrelements in O-Form (8, 8A) und die Aussparungen des zweiten Sperrelements X-förmig (9) ausgebildet ist.
Schaltvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine minimale Anschlagbreite der Anschlagflächen (11, 18, 19, 22, 31, 38, 39, 42, 51, 58–66) der Sperrelemente (4, 5) von der Breite des Sperrstiftes (3) abhängig ist.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem 4-Gassengetriebe die Länge des Sperrstifts (3) davon abhängt, dass der Sperrstift (3) bis in die Aussparung des Funktionsbereichs des ersten, weiter von der Schaltwelle entfernten Sperrelements (4) hineinreicht, diese aber nicht durchdringt.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass beim 4-Gassengetriebe ein Winkel (α), der als Winkel zwischen den im Wesentlichen in axialer Richtung der Schaltwelle (1) verlaufenden Steuerkanten und den angrenzenden schrägen Steuerkanten (52, 53, 56, 57) des ersten, äußeren Sperrelements (4) definiert ist, zwischen 135° und 148° beträgt.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 3, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Winkel (γ), der als Winkel zwischen den schrägen Steuerkanten (67, 68, 69, 70) und den im Wesentlichen in axialer Richtung der Schaltwelle (1) verlaufenden Steuerkanten (71, 72, 73, 74) des zweiten, inneren Sperrelements (5) definiert ist, kleiner oder gleich 45° beträgt.