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Die Erfindung betrifft eine Schaltanordnung für ein Fahrzeuggetriebe gemäß Anspruch 1. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Schaltanordnung für ein klauengeschaltetes Getriebe mit einer geschwindigkeitsabhängigen bzw. drehzahlabhängigen mechanischen Abweisfunktion.
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Im Stand der Technik sind bereits mechanische Sperrsysteme für Schaltgetriebe bekannt, mit dem ein Durchschalten von einem Vorwärtsgang in einen Rückwärtsgang, die in einer Schaltgasse schaltbar sind, unterbunden werden. So zeigt z. B. die
DE 198 31 066 ein mechanisches Sperrsystem, bei der parallel zu einer Schaltwelle ein auf einer Achse verschiebbar geführter Sperrkörper angeordnet ist, der mit einem drehfest auf der Schaltwelle angeordneten Übertragungselement zusammenwirkt. Der Sperrkörper ist dazu mit einer Abweisrampe versehen, die ein Umlenken, d. h. Verdrehen und Verschieben des Übertragungselements bewirkt. Ferner zeigt die
DE 30 16 909 eine Schaltvorrichtung für ein mehrgängiges Zahnradwechselgetriebe insbesondere für Kraftfahrzeuge, in einer mittels eines Schalthebels axial verschiebbaren sowie verdrehbaren Schaltwelle, die durch Verschieben und Verdrehen einer Schaltgassenvorwahl, sowie das Einlegen von in den Schaltgassen beiderseits einer Leergangsstellung liegenden Gängen ermöglicht und die einen festen Schaltfinger mit einem radial abstehenden Anschlag trägt, der mit dem einem gehäuseseitig und senkrecht zur Schaltwelle gelagerten, federnd nachgiebigen Anschlagstift so zusammenwirkt, dass in einer vorbestimmten Schaltgasse ein unmittelbares Durchschalten aus einem Vorwärtsgang in einen Rückwärtsgang sicher verhindert wird, indem der Anschlag in der Leergangstellung an den Anschlagstift anschlägt, welcher mit einem federnd nachgiebigen Kulissenteil oder einer schrägen Rampe derart zusammenwirkt, dass beim Schalten in die vorbestimmte Schaltgasse der Anschlagstift durch die schräge Rampe in einer eingefederten Position vorgespannt ist, so dass beim anschließenden Schalten in den Vorwärtsgang der Anschlagstift ausfedert und den Anschlagstift am Schaltfinger hintergreift.
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Es sind weitere Rückwärtsgangsperren in unterschiedlichen Bauformen bekannt. Die
DE-C 36 01 951 bezieht sich auf ein Sperrsystem, dessen Schaltungsanordnung eine Schaltwelle mit einem Schaltfinger umfasst, der mit einer an der Getriebegehäusewand befindlichen Schaltkulisse zusammenwirken. An einem verlängerten Teil der Schaltkulisse ist eine Schaltsperre vorgesehen, die mit einem zweiten Schaltfinger in Verbindung steht. Eine Schaltsperre dient dazu, eine an der Schaltkulisse schwenkbar angeordnete Platte, die mittels einer Schenkelfeder in der Neutrallage erhalten und in zwei Richtungen schwenkbar angeordnet ist. Die Platte weist an ihrer Oberseite einen Sperrnocken mit einer sogenannten Fangwölbung auf, der bzw. die mit dem zweiten Schaltfinger zusammenwirkt.
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Die zuvor genannten mechanischen Abweisvorrichtungen bzw. Sperrvorrichtungen der Getriebe, benötigen einen großen Bauteilraum, erfordern zusätzliche Bauteile zum Sicherstellen der Sperrmechanismen und sind komplex im Aufbau.
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Im Stand der Technik ist ferner eine Anordnung bekannt, bei der eine Schaltwalze axial in zwei Richtungen verschiebbar gegen je eine vorgespannte Feder gelagert ist, um mit jeweils dem Vorwärtsgangrad oder Rückwärtsgangrad in Eingriff zu kommen. Auch wenn bei dieser Anordnung ein Schaltvorgang vom Vorwärtsgang in den Rückwärtsgang zunächst nicht möglich ist, weil die Position von Klauen und Taschen zwischen Schaltmuffe und Gangrad nicht zueinander passen, wird eine Verdrehung der Schaltwalze trotzdem ermöglicht. Sobald die Schaltwalze betätigt wird, wird die axiale Feder entsprechend vorgespannt. In diesem Zustand kommt es dann unerwünscht zu einem Schaltvorgang, sobald eine günstige Position der Klauen und Taschen zueinander und zwar zwischen der Schaltmuffe und dem Gangrad erreicht ist, obwohl die Geschwindigkeit größer Null ist. Ist eine solche Position erreicht, können die Klauen in die Taschen eingreifen und es kommt zu einem gefährlichen Fahrzustand. Beispielsweise bei dem Hersteller Kymco werden solche Schaltanordnungen bei ATV- Vehikels eingesetzt. Nachteilig ist dabei, dass es bei ausreichend hoher Schaltkraft bei einer solchen Anordnung möglich ist, während der Vorwärtsfahrt unmittelbar in den Rückwärtsgang zu schalten, was unweigerlich den Traktionsverlust an der Hinterachse zur Folge hat und damit zu einer gefährlichen Fahrsituation führt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, vorbesagte Nachteile zu überwinden und eine Schaltanordnung zu schaffen, die besonders einfach aufgebaut ist, robust und toleranzunempfindlich ist und die für ein Getriebe geeignet ist, bei dem ein Schalten von einem Vorwärtsgang in einen Rückwärtsgang innerhalb einer Schaltgasse sicher verhindert werden kann. Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Schaltanordnung gemäß Anspruch 1.
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Grundgedanke der vorliegenden Erfindung ist es dabei, geeignete Abweismittel bereitzustellen, die es verhindern, dass in der Vorwärtsgangfahrt das Einspuren der Schaltklauen des Rückwärtsgangrades in die Taschen der Schaltmuffe bei einer Drehung der Antriebswelle in Vorwärtsrichtung drehzahlabhängig verhindert wird.
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Erfindungsgemäß ist daher eine Schaltanordnung für ein Fahrzeuggetriebe vorgesehen, umfassend
- - eine Antriebswelle mit einem drehbaren Vorwärtsgangrad und einem drehbaren Rückwärtsgangrad und einer zwischen den Gangrädern axial verschiebbaren und radial auf der Antriebswelle fixierten Schaltmuffe, wobei die Gangräder jeweils an ihrer der Schaltmuffe zugewandten Seite Schaltklauen zum Eingriff in korrespondierende Taschen an den entsprechenden Seitenflanken der Schaltmuffe aufweisen,
- - wobei die Schaltmuffe von einer Schaltwalze wahlweise gegen eines der Gangräder entgegen der Federkraft je einer vorgespannten Feder betätigbar ist und
- - wobei Abweismittel an den Schaltklauen des Rückwärtsgangrades vorgesehen sind, die ein Einspuren der Taschen der Schaltmuffe und damit ein Eingriff der Schaltklauen in die Taschen bei einer Drehung der Antriebswelle in Vorwärtsrichtung sicher verhindern.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Schaltklauen und/oder die Taschen des Rückwärtsgangrades bzw. der Schaltmuffe mit Abweismitteln versehen, die ausgebildet sind, bei einer Drehung der Antriebswelle in Vorwärtsrichtung das Einspuren der Klauen des Gangrades in die Schaltmuffe drehzahlabhängig zu verhindern. Bevorzugt sind die Schaltklauen mit Abweismittel versehen, wobei die Schrägen so angeordnet sind, dass ein geschwindigkeitsabhängiges Einspuren der Schaltklauen in die Taschen sicher verhindert werden kann.
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In einer weiter bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Abweismittel in Form von Schrägen an den Schaltklauen so orientiert, dass beim Drehen der Antriebswelle in Vorwärtsrichtung die Schrägen an korrespondierenden Stegen der Schaltmuffe in Anlage kommen und dass so eine, die für das Einspuren notwendige Kraft, entgegengesetzt gerichtete Kraft aufgebracht wird, die das Einspuren der Schaltklauen im geschwindigkeitsabhängigen Zeitfenster Td in die Taschen verhindert. Werden damit die Schaltklauen mit einer stirnseiteigen Schräge versehen, derart, dass eine dem Einspuren entgegenwirkende Kraft erzeugt wird, kann ein Einspuren ab einer gewissen Geschwindigkeit von z. B. 5 km/h bzw. einer gemäß Auslegung des Getriebes entsprechende Drehzahl sicher verhindert werden. Die Schaltmuffe wird dabei von der Feder der Schaltwalze in Richtung Gangrad gedrückt, wobei die Federkraft so gewählt ist, dass diese nicht ausreicht, die Klauen im daraus resultierenden, drehzahl- und somit fahrgeschwindigkeitsabhängigen Zeitfenster Td in Eingriff mit den Taschen zu bringen. Die Abweisgeschwindigkeit Vd lässt sich dabei über die Schrägungswinkel, das Klauenspiel, die Anzahl der Klauen, die Federkennlinie der Schaltwalzenfeder auf die gewünschte Charakteristik einstellen. Hierdurch lässt sich jeweils ein definiertes Zeitfenster Td einprägen, das benötigt wird, um es zu ermöglichen, dass bei der abhängig von der Federkennlinie der Schaltwalzenfeder eingestellten Federkraft die Schaltklauen in die Taschen der Schaltmuffe eingreifen können. Ist das tatsächlich vorhandene Zeitfenster Td bei einer definierten Drehzahl n zu kurz bzw. die Drehzahl und damit die Fahrgeschwindigkeit zu hoch, gelingt ein Einspuren der Schaltklauen in die Taschen nicht und kann daher ein Schalten vom Vorwärtsgang in den Rückwärtsgang in der Schaltgasse verhindert werden. Durch geeignete Wahl des Schrägungswinkel der Abweisflächen der Abweismittel lässt sich dieses Zeitfenster für eine definierte Mindestdrehzahl nmin einstellen.
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Weiter bevorzugt ist es, wenn die Abweismittel an den Taschen ebenfalls in Form von Schrägen an den Taschen ausgebildet sind, wobei die Schrägen derart orientiert sind, dass beim Drehen der Antriebswelle in Vorwärtsrichtung die Schrägen an korrespondierenden Flächen der Schaltklauen am Rückwärtsgangrad so in Anlage kommen, dass diese eine den für das Einspuren notwendige Kraft, entgegengesetzt gerichtete Kraft erzeugen, die das Einspuren verhindert.
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In einer weiter bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass eine auf einer Schaltwelle hin und her verschiebbar gelagerte Schaltwalze zum Betätigen der Schaltmuffe vorgesehen ist, wobei die Schaltmuffe von der Schaltwalze mittels einer Schaltgabel wahlweise in Richtung eines der Gangräder (Vorwärtsgangrad oder Rückwärtsgangrad) gegen je eine vorgespannte Feder betätigbar ist und bei Betätigung der Schaltwalze die Schaltmuffe federkraftbeaufschlagt mit je einer definierten Federkraft gegen eines der Gangräder gedrückt wird.
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Es ist weiter von Vorteil, wenn wenigstens die Federkraft der Schaltwalzenfeder bei Betätigen der Schaltmuffe in Richtung des Rückwärtsgangrades so gewählt ist, dass die Schaltklaue des Rückwärtsgangrads drehzahlabhängig bei einer Drehung der Antriebswelle in Vorwärtsrichtung auch in einem niedrigen Drehzahlbereich n knapp oberhalb von nmin nicht in die korrespondierenden Taschen der Schaltmuffe eingreifen können.
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Die Drehzahl nmin bestimmt dabei die minimale Drehzahl der erfindungsgemä-ßen Schaltanordnung, die überschritten sein muss, dass die Abweismittel eine Abweisfunktion bewirken.
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Es ist weiter von Vorteil, wenn die Schaltanordnung so ausgebildet ist, dass jeweils zwischen zwei benachbarten Taschen Stege an der dem Gangrad zugewandten Seitenfläche vorgesehen sind und wobei wenigstens die dem Rückwärtsgangrad zugewandte Seitenfläche mit einer Schräge an den Stegen versehen ist, die derart orientiert ist, dass diese beim Drehen der Antriebswelle in Vorwärtsrichtung mit Gegenflächen an den Schaltklauen des Rückwärtsgangrades so in wirksame Anlage kommen, dass diese eine, den für das Einspuren notwendigen Kraft, entgegengesetzt gerichtete Kraft erzeugen, die das Einspuren der Schaltklauen in die Taschen verhindern.
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Es ist ferner von Vorteil vorzusehen, dass die Schaltklauen eine zunehmende Dicke, in Richtung auf die benachbarte Schaltmuffe hin, aufweisen und zwar zunehmend entlang der Umlaufrichtung des entsprechenden Gangrades, so dass die der Schaltmuffe zugewandte Seite (Stirnseite) der Schaltklauen mit einer Schräge ausgebildet ist. Auf diese Weise wird eine rampenartig ansteigende Schräge ausgebildet, dessen Rampenfläche sozusagen der benachbarten Schaltmuffe zugewandt ist. Gleitet eine solche rampenartig dicker werdende Schaltklaue an einer Schräge der korrespondierenden Schaltmuffe, so wird die Distanz zwischen Schaltklaue und Schaltmuffe vergrößert, so dass die Zeitspanne, die benötigt wird, dass die Schaltklauen in die Taschen der Schaltmuffe eintauchen, ebenfalls vergrößert wird. Umgekehrt ausgedrückt ergibt sich damit ein kürzeres zur Verfügung stehende Zeitfenster für den Eingriff der Schaltklauen in die Taschen der Schaltmuffen, so dass drehzahlabhängig in Folge der in der Dicke zunehmenden Schaltklauen eine sichere Abweisfunktion für ein klauengeschaltetes Getriebe bereitgestellt werden kann.
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Es ist weiter mit Vorteil vorgesehen, dass in je zwei benachbarten Taschen der Schaltmuffe Stege ausgebildet sind und die Stege mit ihren den Gangrädern zugewandten Seitenflächen ebenfalls mit einer Schräge an der Seitenfläche in Bezug auf die von jeder Seitenfläche der Schaltmuffe aufgespannte Ebene versehen sind. Die Schrägen sind dabei so zu orientieren, dass diese beim Drehen der Antriebswelle in Vorwärtsrichtung mit Gegenflächen an den Schaltklauen des Rückwärtsgangrads so in Anlage kommen, dass diese eine den für das Einspuren notwendige Kraft entgegengesetzt gerichtete Kraft erzeugen, wie das Einspuren der Schaltklauen in die Taschen.
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Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen bezeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Schräg- und Seitenansicht eines erfindungsgemä-ßen Gangrades;
- 2 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Schaltmuffe;
- 3 eine aus dem Stand der Technik bekannte Schaltwalze, die jeweils gegen eine rechte und linke Feder axial verschiebbar auf einer Achse gelagert ist;
- 4 eine Teilansicht einer Schaltanordnung in einer perspektivischen Ansicht; und
- 5 eine schematische Ansicht der erfindungsgemäßen Schaltanordnung in einer Schnittansicht.
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Zunächst wird mit Bezug auf 3 ein aus dem Stand der Technik bekannte Ausbildung eines Teils einer Schaltwalzenanordnung erläutert. In 3 ist eine auf einer Achse 41 hin und her bewegbare Schaltwalze 9 dargestellt, in deren Außenumfang eine stufenförmige Nut 44 zum Eingriff einer Schaltstange eingeformt ist. Die Schaltwalze 9 ist neben einem Zahnradelement 40 axial verschiebbar gegen jeweils eine linke und rechte Feder 8a, 8b auf der Achse 41 hin und her bewegbar. Bei solchen im Stand der Technik bekannten Schaltwalzen ist es möglich, durch Betätigung der Schaltwalze bei niedrigen Drehzahlen vom Vorwärtsgang unmittelbar in den Rückwärtsgang zu schalten.
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In 1 wird zunächst ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Abweismittels gezeigt und zwar ein erfindungsgemäßes Gangrad 10, 20 in einer perspektivischen Ansicht und in einer geschnittenen Seitenansicht. Das Gangrad 10, 20 ist beispielsweise ein Rückwärtsgangrad 20. Auf der wie in 5 ersichtlichen, der Schaltmuffe 3 zugewandten Seite 20a des Rückwärtsgangrads 20 sind fünf auf einer Kreisbahn angeordnete Schaltklauen 21 vorhanden. Die Schaltklauen 21 stehen als Stege von der Seite 20a hervor und sind diese jeweils benachbart angeordnet und durch je eine Unterbrechung 23 in Umlaufrichtung voneinander getrennt.
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Es ist ferner ersichtlich, dass die Schaltklauen 21 im in der Schaltanordnung nach 5 montierten Zustand in Richtung auf die benachbarte Schaltmuffe 3 weisen und zunehmend in Umlaufrichtung des Gangrades 10, 20 eine zunehmende Dicke D aufweisen, so dass die der Schaltmuffe 3 zugewandte Seite der Schaltklaue mit einer Schräge ausgebildet ist, wie dies deutlich im Schnitt der 1 erkennbar ist. Durch die angeschrägten Stirnseiten der Schaltklauen 21 wird sichergestellt, dass beim Drehen der Antriebswelle eine dem Einspuren entgegenwirkende Kraft erzeugt wird und ein Einspuren ab einer gewissen Geschwindigkeit z. B. ab 5 km/h bzw. drehzahlabhängig bei einer korrespondierenden Drehzahl n sicher verhindert werden kann. Je nach Ausprägung und Schrägungswinkel der Schräge lässt sich der Schaltanordnung somit eine minimale Drehzahl nmin einprägen, ab der ein Einspuren und damit ein Eingreifen der Schaltklauen 21 in die Taschen 6a, 6b der Schaltmuffe 3 sicher verhindert wird.
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In 2 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltmuffe 3 dargestellt. Die Schaltmuffe 3 hat eine gezahnte zentrale Öffnung 33, um damit drehfest, aber axial verschiebbar auf der Antriebswelle 2 gelagert zu werden. Die Orientierung der Zähne ist daher parallel zur Achsrichtung der Antriebswelle 2, wie dies in 5 ersichtlich ist.
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Ferner weist die Schaltmuffe 3 zu den Schaltklauen 11, 21 der Gangräder 10, 20 korrespondierende Taschen 6a, 6b auf. Im vorliegenden Beispiel reichen die Taschen 6a und 6b jeweils als eine gemeinsame Tasche 6a, 6b durch die Schaltmuffe 3 (in Dickenrichtung der Schaltmuffe) hindurch. Zwischen je zwei benachbarten Taschen 6a, 6b befinden sich Stege 30. Die Taschen 6a, 6b sind jeweils in ihrer Form und Anordnung korrespondierend zu den Schaltklauen 11, 21 der Gangräder 10, 20 angeordnet. Durch axiales Verschieben der Schaltmuffe 3 kann wahlweise das in 5 gezeigte Vorwärtsgangrad 10 oder das Rückwärtsgangrad 20 in Eingriff mit der Schaltmuffe 3 gebracht werden. Beim in Eingriffbringen, d. h. beim Einspuren der Schaltmuffe 3 in die Gangräder 10, 20, greifen jeweils die Schaltklauen 11, 21 in die Taschen 6a, 6b ein. In dem hier vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die der Seitenfläche 30b angeordneten Stege 30 mit einer schrägen Seitenfläche in Bezug auf die von jeder Seitenfläche der Schaltmuffe 3 aufgespannten Ebene versehen. Anders ausgedrückt sind die Stege 30 auf der dem Rückwärtsgangrad 20 zugeordneten Seite angeschrägt. Auf diese Weise wird daher das Einspuren in Folge der ebenfalls korrespondierenden Schrägen an den Schaltklauen 21 ab einer Mindestdrehzahl nmin verhindert. Dreht sich nämlich die Antriebswelle 2 mit einer Mindestdrehzahl nmin in Vorwärtsrichtung, so reicht das resultierende drehzahl- und fahrgeschwindigkeitsabhängige Zeitfenster nicht aus, um bei Betätigung der Schaltmuffe 3 in Richtung des Rückwärtsgangrades 20 diese miteinander in Eingriff zu bringen. Anders ausgedrückt weisen die Schaltklauen 21 damit mechanische Abweismittel 22 auf, die ein Einspuren der Taschen 6b der Schaltmuffe 3 und damit den Eingriff der Schaltklauen 21 in die Taschen 6b bei einer Drehung der Antriebswelle 2 in Vorwärtsrichtung auf einfache Weise verhindern.
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Das erfindungsgemäße Gesamtprinzip einer Schaltanordnung 1 ist in 5 dargestellt, während die 4 eine besondere Ausführungsform der Erfindung darstellt, bei dem ferner ein Positionssensor 42 und ein Stellglied 43 den Betätigungsvorgang der Schaltwalze 9 steuern. Die Schaltwalze 9 ist dabei ebenso axial verschiebbar auf der Achse 41 jeweils gegen eine Feder 8a und eine Feder 8b gelagert. Die Schaltmuffe 3 wird von der Feder 8a, 8b der Schaltwalze in Richtung Gangrad gedrückt, wobei die Federkraft so gewählt wird, dass diese nicht ausreichend ist, die Klauen 11, 21 im vorhandenen, drehzahl- und somit fahrgeschwindigkeitsabhängigen Zeitfenster in Eingriff mit den Taschen 6a, 6b zu bringen.
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Auf der Antriebswelle 2 sind ferner ein Vorwärtsgangrad 10 und ein Rückwärtsgangrad 20 jeweils als Losgangrad angeordnet. Zwischen dem Vorwärtsgangrad 10 und dem Rückwärtsgangrad 20 ist die wie in 2 gezeigte Schaltmuffe 3 axial verschieblich auf der Antriebswelle 2 drehfest gelagert. In die stirnseitige Nut der Schaltmuffe 3 greift eine Schaltgabel ein, die Federkraftbeaufschlagt von der Schaltwalze betätigbar ist. Die Taschen 6a, 6b sind hier als durchgängige Taschen durch die Schaltmuffe 3 ausgebildet. Das Rückwärtsgangrad 20 ist in einer Ausführung gemäß 1 ausgebildet. Das Vorwärtsgangrad 10 kann ebenfalls mit Abweismitteln 22 ausgebildet sein, so dass auch ein direktes Schalten vom Rückwärtsgang in den Vorwärtsgang bei niedrigen Drehzahlen in Rückwärtsrichtung verhindert werden kann.
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Es ist ferner ersichtlich, dass die Taschen 6b an korrespondierenden Flächen an den Schaltklauen 21 am Rückwärtsgangrad 20 ausgebildet sind, die so in Anlage kommen, dass diese eine für das Einspuren notwendige Kraft, entgegengesetzt gerichtete Kraft aufbringen bzw. erzeugen, die das Einspuren verhindert.
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Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht.
