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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schaltgetriebe mit einer ersten und einer zweiten Schaltmuffe, die jeweils an einer Welle des Schaltgetriebes zwischen einer Neutralstellung und wenigstens einer Schaltstellung, in der sie ein Losrad an die Welle ankuppeln, in axialer Richtung beweglich sind, sowie mit einer ersten und einer zweiten Schaltgabel, die an der ersten bzw. zweiten Schaltmuffe angreifen, um deren axiale Bewegung zu steuern. Derartige Schaltgetriebe sind in Kraftfahrzeugen allgemein im Einsatz und bekannt.
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Bei einem manuellen Schaltgetriebe betätigt ein Fahrer zum Gangwechsel einen Schalthebel, und die von ihm ausgeübte Kraft wird in Form einer Translationsbewegung, über einen Bowdenzug oder dergleichen, auf die Schaltmuffen übertragen. Wenn ein solches Getriebe automatisiert, mit Hilfe eines Stellmotors, geschaltet werden soll, wird im Allgemeinen ein Untersetzungsgetriebe benötigt, um die zum Verschieben der Stellmuffe erforderliche Kraft zu erzeugen. Wenn mehrere Schaltmuffen durch Stellmotoren angetrieben werden müssen, so belegen diese und ihre Getriebe einen nicht zu vernachlässigenden Bauraum und verursachen beträchtliche Kosten.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Schaltgetriebe zu schaffen, das mit geringem Aufwand einen automatisierten Schaltbetrieb ermöglicht.
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Die Aufgabe wird einer Ausgestaltung der Erfindung zufolge gelöst durch ein Schaltgetriebe mit einer ersten und einer zweiten Schaltmuffe, die jeweils an einer Welle des Schaltgetriebes zwischen einer Neutralstellung und wenigstens einer Schaltstellung, in der sie ein Losrad an die Welle ankuppeln, in axialer Richtung beweglich sind, einer ersten und einer zweiten Schaltgabel, die an der ersten bzw. der zweiten Schaltmuffe angreifen, um deren axiale Bewegung zu steuern, einem ersten Sperrelement zum Arretieren der ersten Schaltmuffe, einem zweiten Sperrelement zum Arretieren der zweiten Schaltmuffe, einem Kopplungsarm, der mit der ersten und der zweiten Schaltgabel über ein erstes und ein zweites Gelenk verbunden ist und zwischen den Gelenken einen Angelpunkt aufweist, an dem ein in der axialen Richtung bewegliches Stellelement angreift. Indem mit Hilfe eines Sperrelements jeweils eine Schaltmuffe arretiert wird, wird der Kopplungsarm, wenn er von dem angreifenden Stellelement verschoben wird, gezwungen, um eine Achse an der arretierten Schaltmuffe zu schwenken und so die jeweils andere Schaltmuffe zu verschieben. So genügt ein einziges linear bewegliches Stellelement, um die Bewegungen von zwei Schaltmuffen zu steuern.
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Die Sperrelemente können fest verbunden und zwischen einer die erste Schaltmuffe arretierenden Stellung und einer die zweite Schaltmuffe arretierenden Stellung beweglich sein.
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Insbesondere kann das – z. B. stabförmige – erste Sperrelement um eine Längsachse zwischen einer die erste Schaltmuffe durch Eingriff in eine Aussparung der ersten Schaltgabel arretierenden Stellung und einer Freigabestellung schwenkbar sein, in der eine Aussparung des ersten Sperrelements der Aussparung der ersten Schaltgabel zugewandt ist. Die einander zugewandten Aussparungen von Sperrelement und Schaltgabel blockieren die Verschiebung der betreffenden Schaltmuffe nicht, so dass durch eine einfache Drehung des Sperrelements zwischen dem arretierten und dem beweglichen Zustand der Schaltmuffe umgeschaltet werden kann. Analoges kann auch für das zweite Sperrelement gelten.
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Wenn die Sperrelemente untereinander zu einem einzigen Sperrkörper verbunden sind, kann durch eine einzige Drehung dieses Sperrkörpers gleichzeitig eine Schaltmuffe bzw. Schaltgabel arretiert und die Arretierung der anderen Schaltmuffe gelöst werden; es besteht auch die Möglichkeit, mehr als zwei Schaltmuffen/Schaltgabeln gleichzeitig zu arretieren oder zu lösen.
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Das Stellelement ist einer Ausgestaltung zufolge ein um den Angelpunkt schwenkbarer zweiarmiger Hebel, von dem ein erster Arm an einen eine Bewegung in Richtung der Welle antreibenden ersten Linearversteller und ein zweiter Arm an einen eine Bewegung in Richtung der Welle antreibenden zweiten Linearversteller gekoppelt ist. Ein solches Stellelement ist besonders geeignet für den Einsatz in einem Doppelkupplungs-Schaltgetriebe, bei dem die Schaltmuffe genutzt werden kann, um einen einer ersten Reibkupplung zugeordneten Gang mit Hilfe des ersten Linearverstellers bzw. einen der zweiten Reibkupplung zugeordneten Gang mittels des zweiten Linearverstellers einzulegen.
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Um die Schaltmöglichkeiten zu erweitern, kann bei dieser letzteren Ausgestaltung ein Schlitten entlang des Kopplungsarms zwischen einer Ruhestellung und einer eine dritte Schaltgabel an den Kopplungsarm koppelnden Stellung bewegbar sein. Dabei kann eine Kopplung an die anderen Schaltgabeln von der Stellung des Schlittens unabhängig sein, oder es kann in der die dritte Schaltgabel koppelnden Stellung die Kopplung an eine der beiden anderen Schaltgabeln aufgehoben sein.
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Um die Bewegung des Schlittens zu steuern, kann ein Nocken des Schlittens mit einer ortsfesten Kulisse zusammenwirken, die einen zur Welle parallelen und einen schräg zur Welle orientierten Abschnitt aufweist. Solange der Nocken in den zur Welle parallelen Abschnitt eingreift, hat eine Bewegung des Stellelements auf die Stellung des Schlittens keinen Einfluss; greift jedoch der Nocken in den schrägen Abschnitt ein, so führt eine Bewegung des Kopplungsarms in Richtung der Welle zu einer Verschiebung des Schlittens entlang des Kopplungsarms.
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Wie bereits oben erwähnt, kann das Schaltgetriebe als Doppelkupplungsgetriebe mit einer ersten und einer zweiten Reibkupplung ausgebildet sein. In diesem Fall können der erste Linearversteller und die erste Reibkupplung einen ersten Stellantrieb gemeinsam haben, um sukzessive zunächst eine Bewegung der Schaltmuffen und anschließend ein Schließen der Reibkupplung bzw. zunächst ein Öffnen der Reibkupplung und dann eine Bewegung der Schaltmuffen anzutreiben. Entsprechend können auch die zweite Reibkupplung und der zweite Linearversteller einen zweiten Stellantrieb gemeinsam haben.
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Bei wenigstens einem der Linearversteller, vorzugsweise bei beiden, ist der Stellantrieb ein rotatorischer Antrieb, dessen Drehbewegung in eine Translationsbewegung des Linearverstellers umgesetzt wird, indem der Linearversteller eine Kulisse und einen mit der Kulisse formschlüssig zusammenwirkenden Nocken umfasst, die, angetrieben durch den Stellantrieb, relativ zueinander um eine Achse schwenkbar sind.
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Diese Kulisse kann wenigstens einen sich schraubenlinienförmig um die Achse erstreckenden Abschnitt umfassen.
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Es können an die Enden des schraubenlinienförmigen Abschnitts anschließende, sich in Umfangsrichtung um die Achse erstreckende Abschnitte vorgesehen sein, um eine Drehung von Nocken und Kulisse gegeneinander auch ohne eine gleichzeitige Linearverschiebung zu ermöglichen. Ein solcher in Umfangsrichtung verlaufender Abschnitt ist insbesondere nützlich, um, nachdem die Schaltmuffe eine Gangstellung erreicht hat, ein Weiterlaufen des Stellantriebs zu ermöglichen, durch das die Reibkupplung geschlossen werden kann.
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Die Achse, um die sich die Kulisse erstreckt, kann durch eine Schaltwelle verlaufen, auf der die durch die Drehung von Kulisse und Nocken gegeneinander bewegbare Schaltgabel geführt ist.
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Die Schaltwelle kann als Ganzes relativ zur Schaltgabel um die Achse schwenkbar sein und ein Rad tragen, an dem der Stellantrieb angreift, um die Schaltwelle zu schwenken.
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Die Kulisse kann zweckmäßigerweise eine radial nach außen offene, an der Schaltwelle feste und deshalb zusammen mit dieser schwenkbare Nut sein.
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Die Schaltgabel kann einen sich entlang der Schaltwelle erstreckenden Arm tragen. Indem ein Arm des Stellelements zwischen den Arm der Schaltgabel und die Schaltwelle eingreift, ist der Nocken des Stellelements auf einfache Weise in radialer Richtung in der Nut gesichert.
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An den Arm der Schaltgabel kann ferner der oben erwähnte, erste und zweite Schaltgabel verbindende Kopplungsarm angelenkt sein.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Schaltgetriebes gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung;
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2 eine perspektivische Ansicht eines in dem Getriebe der 1 verwendeten Rings;
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3 eine Draufsicht auf ein in dem Getriebe der 1 verwendetes Zahnrad;
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4 eine Draufsicht auf einen in dem Getriebe der 1 verwendeten Druckring;
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5 eine perspektivische Ansicht von Schaltgabeln des Getriebes und eines Steuermechanismus zum Verschieben der Schaltgabeln;
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6 eine Schaltwalze des Steuermechanismus in vergrößerter Ansicht;
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7 die Schaltwalze und einen an ihr angreifenden Arm eines Stellelements;
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8 eine schematische Draufsicht auf den Steuermechanismus und Teile des Getriebes in Neutralstellung;
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9 eine zu 8 analoge Draufsicht bei vorgewähltem erstem Gang;
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10 eine Draufsicht bei eingelegtem ersten Gang;
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11 eine Draufsicht nach dem Umschalten in den zweiten Gang;
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12 eine Draufsicht bei vorgewähltem dritten Gang;
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13 eine Draufsicht bei vorgewähltem vierten Gang; und
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14 eine perspektivische Ansicht eines Steuermechanismus zur Steuerung von drei Schaltmuffen.
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1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Schaltgetriebe gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung. Eine Antriebswelle 1 (die typischerweise dauerhaft mit einem Antriebsmotor, zum Beispiel eines Kraftfahrzeugs, verbunden ist) trägt zwei Hohlwellen 2, 3 die mit Zahnrädern 4 bzw. 6 bestückt sind. Die Hohlwellen 2, 3 sind jeweils über eine Reibkupplung 8 bzw. 9 kraftschlüssig an die Antriebswelle 1 koppelbar. An beiden Hohlwellen 2, 3 ist jeweils eine Schaltmuffe 10 bzw. 11 drehfest und axial verstellbar gelagert. Die mit den Hohlwellen 2, 3 rotierenden Schaltmuffen 10, 11 sind jeweils von einem Ring 12 umfangen, der in Bezug auf ein nicht dargestelltes Gehäuse des Schaltgetriebes drehfest aber axial beweglich ist.
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2 zeigt den Ring 12 in einer perspektivischen Ansicht. In einer Umfangsfläche des Rings 12 sind mehrere Kulissen 46 ausgespart; vorzugsweise sind drei solche Kulissen 46 gleichmäßig über den Umfang des Rings 12 verteilt. Jede Kulisse 46 umfasst zwei in Umfangsrichtung verlaufende Abschnitte 49, 50 und einen sie verbindenden schraubenlinienförmigen Abschnitt 51. Die Winkelausdehnung des Abschnitts 49 ist so groß wie die der Abschnitte 51, 50 zusammen.
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Die beiden Ringe 12 sind ihrerseits – wieder auf 1 bezogen – umgeben von einem zur Antriebswelle 1 koaxialen Zahnrad 13. Das Zahnrad 13 ist jeweils um den ihm zugeordneten Ring 12 drehbar und greift mittels stiftförmiger Nocken 14 in die Kulissen 46 des Rings 12 ein.
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In Bohrungen des – in 3 in einer axialen Draufsicht gezeigten – Zahnrades 13 sind Kugeln 15 gefangen. Die Kugeln 15 berühren jeweils einerseits einen Druckring 16, dessen Umriss in 3 gestrichelt eingezeichnet ist, und andererseits einen axial beweglichen, sich um jeweils eine der Hohlwellen 2, 3 erstreckenden Ring 17, der über ein Wälzlager 18 an mit der benachbarten Hohlwelle 2 oder 3 drehfest verbundenen Platten 19 der Reibkupplung 8 bzw. 9 abgestützt ist. Der Druckring 16 kann, wie dargestellt, ein eigenes Bauteil am Gehäuse des Schaltgetriebes sein; er kann aber auch integraler Bestandteil einer Wand von dessen Gehäuse sein.
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4 zeigt den Druckring 16 in einer zu 3 analogen axialen Draufsicht. In die Oberfläche des Druckrings 16 sind mehrere Rampen 68 in Form von zu der durch die Öffnung des Druckrings 16 verlaufenden Antriebswelle 1 konzentrischen kreisbogenförmigen Nuten gebildet. Jede Rampe 68 weist einen zentralen Abschnitt 69 von gleichbleibender Tiefe auf, in dem eine Kugel 15 auf einer kreisbogenförmigen Bahn um die Antriebswelle 1 herum beweglich ist. In an den zentralen Abschnitt 69 auf beiden Seiten anschließenden äußeren Abschnitten 70 nimmt die Tiefe der Nut jeweils nach außen kontinuierlich ab, so dass in ihnen die Kugel 15 jeweils auf schraubenlinienförmigen Bahnen mit jeweils entgegengesetzter Händigkeit geführt ist. Das Zahnrad 13, die Kugeln 15 und der Druckring 16 können als ein Linearversteller eines ersten Typs aufgefasst werden, der jeweils eine Drehung des Zahnrades 13 in eine axiale Translation der Kugeln 15 bzw. der Platten 19 der Reibkupplung 8 bzw. 9 umsetzen.
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Die 1 zeigt das Zahnrad 13 in einer Neutralstellung, aus der es in entgegengesetzte Richtungen um die Welle 1 schwenkbar ist. Die Kugeln 15 befinden sich in dieser Neutralstellung jeweils in der Mitte ihrer Rampe 68. Bei jeder Drehung des Zahnrades 13 aus der Neutralstellung heraus durchläuft es zunächst ein Winkelintervall, in dem die Kugeln 15 die zentralen Abschnitte 69 der Rampen 68 nicht verlassen und daher in axialer Richtung nicht ausgelenkt werden. Beim Eintritt in einen äußeren Abschnitt 70 werden die Kugeln 15 vom Druckring 16 zunehmend gegen die Platten 19 gepresst und drängen diese schließlich in kraftschlüssigen Kontakt mit antriebswellenseitigen Platten 20 der Reibkupplungen 8 bzw. 9.
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In der Neutralstellung befindet sich der Nocken 14 in der Kulisse 46 des Rings 12 jeweils an der Grenze zwischen den Abschnitten 49, 51, wie in 2 durch einen gestrichelten Umriss des Nockens 14 markiert. Von dort aus durchläuft bei einer Drehung des Zahnrades 13 in einer ersten Drehrichtung der Nocken 44 den in Umfangsrichtung verlaufenden Abschnitt 49, so dass, wenn die Kugeln 15 ihre zentralen Abschnitte 69 verlassen, die Reibkupplung 8 bzw. 9 schließt, ohne dass sich der Ring 12 oder die von ihm gesteuerte Schaltmuffe 10 oder 12 axial bewegen. Bei Drehung des Zahnrades 13 in der entgegengesetzten zweiten Drehrichtung durchläuft der Nocken 14 ausgehend von der Neutralstellung zunächst den schraubenlinienförmigen Abschnitt 51, so dass der Ring 12 und mit ihm die Schaltmuffe 10 bzw. 11 axial verstellt wird. In von herkömmlichen Sperrsynchronisierungseinrichtungen bekannter Weise stößt die Schaltmuffe 10 bzw. 11 dabei zunächst gegen einen Synchronring 21 (1) und bringt diesen in Reibkontakt mit einem Losrad 22 bzw. 23, um, wenn dieses mit der es tragenden Hohlwelle 2 bzw. 3 synchronisiert ist, in eine Schaltverzahnung 24 des Losrades 22, 23 einzurücken und es so drehfest an die Hohlwelle 2 bzw. 3 zu koppeln. Wenn die Schaltmuffe 10 bzw. 11 in die Schaltverzahnung 24 eingegriffen hat, erreicht der Nocken 14 den in Umfangsrichtung verlaufenden Abschnitt 50 der Kulisse 46, so dass die Schaltmuffe 10 bzw. 11 nicht mehr weiter verschoben wird, wenn die Kugeln 15 den zentralen Abschnitt 69 der Rampen 68 verlassen und beginnen, die Platten 19 auszulenken.
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Das Getriebe hat zwei Nebenwellen 25, 26. Die Nebenwelle 25 trägt ein Festrad 27, das mit dem Losrad 22 kämmt und mit diesem einen Radsatz für einen fünften Gang bildet, ein Festrad 28, das mit dem Losrad 23 kämmt und mit diesem einen Radsatz für einen zweiten Gang bildet, ein Losrad 29, das mit dem Festrad 4 kämmt und mit diesem einen Radsatz für einen ersten Gang bildet, ein Losrad 30, das mit dem Festrad 6 kämmt und mit diesem einen Radsatz für einen vierten Gang bildet, eine Schaltmuffe 31, die aus ihrer in 1 gezeigten Neutralstellung in entgegengesetzte Richtungen verschiebbar ist, um jeweils das Losrad 29 bzw. das Losrad 30 drehfest an die Nebenwelle 25 zu koppeln und so entweder den ersten oder den vierten Gang vorzuwählen, und ein Abtriebsritzel 32. Die Nebenwelle 26 trägt ein Losrad 33, das mit dem Zahnrad 4 kämmt und mit diesem einen Radsatz für einen dritten Gang bildet, ein Losrad 34, das mit dem Zahnrad 6 kämmt und mit diesem einen Radsatz für einen sechsten Gang bildet, eine Schaltmuffe 35, die aus der in 1 gezeigten Neutralstellung in entgegengesetzte Richtungen verschiebbar ist, um jeweils eines der Losräder 33, 34 drehfest an die Nebenwelle 26 zu koppeln und so entweder den dritten oder den sechsten Gang vorzuwählen, und ein Abtriebsritzel 36. Beide Abtriebsritzel 32, 36 kämmen mit einem in 1 nicht dargestellten Differenzial.
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Von den hier für je zwei Gänge genutzten Festrädern 4, 6 an den Hohlwellen 2, 3 kann eines oder beide durch zwei Festräder von unterschiedlichem Durchmesser ersetzt werden, von denen eines mit dem Losrad 29 oder 30 der Nebenwelle 25 und das andere mit dem Losrad 33 oder 34 der Nebenwelle 26 kämmt.
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Ein Steuermechanismus 37 für die Gangauswahl ist in 1 der besseren Übersichtlichkeit wegen weggelassen und stattdessen in 5 in perspektivischer Ansicht dargestellt. Der Steuermechanismus 37 umfasst zwei parallel zu den Wellen 1, 25, 26 ausgerichtete und um eine zu den Wellen parallele Achse schwenkbare Schaltwellen 38, 39. Die Schaltwellen 38, 39 tragen an einander gegenüberliegenden Enden jeweils ein Zahnrad 45. Das Zahnrad 45 an der Schaltwelle 38 kämmt mit dem linken Zahnrad 13 der 1, das heißt mit demjenigen Zahnrad 13, dessen Drehung die Reibkupplung 8 schließt bzw. öffnet, während das Zahnrad 45 der Schaltwelle 39 entsprechend mit dem mit der Reibkupplung 9 zusammenwirkenden Zahnrad 13 auf der rechten Seite von 1 kämmt. Des Weiteren ist an jeder Schaltwelle 38, 39 drehfest eine Schaltwalze 40 angebracht, an deren Mantelfläche eine Kulisse 41 eingetieft ist. Die Form der Kulisse 41 gleicht der Kulisse 46 des Rings 12 mit einem langen, in Umfangsrichtung verlaufenden Abschnitt 49, einem kurzen in Umfangsrichtung verlaufenden Abschnitt 50 und einen beide verbindenden, schraubenlinienförmigen Abschnitt 51, von denen die Abschnitte 49, 51 in der vergrößerten Ansicht der 6 zu sehen sind.
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Wiederum bezogen auf 5 tragen die Schaltwellen 38, 39 jeweils eine Schaltgabel 57 bzw. 62. Die Schaltgabeln umfassen jeweils eine Hülse 52, durch die sich die Schaltwelle 38 bzw. 39 erstreckt und von der eine an ihrem Rand halbkreisförmig ausgeschnittene, an der Schaltmuffe 35 bzw. 31 formschlüssig angreifende Platte 53 ausgeht. Des Weiteren trägt die Hülse 52 einen sich entlang der Schaltwelle 38 bzw. 39 erstreckenden Arm 42.
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An den freien Enden der Arme 42 sind einander zugewandte Aussparungen gebildet, die jeweils einen Gelenkkopf 44 an den Enden eines sich zwischen den beiden Schaltgabeln 57, 62 erstreckenden Kopplungsarms 43 aufnehmen. Ein sich mittig durch den Kopplungsarm 43 erstreckender und am Gehäuse des Getriebes ausschließlich in axialer Richtung der Schaltwellen 38, 39 beweglich geführter Bolzen bildet einen Angelpunkt 54, über den ein Stellelement 55 gelenkig an dem Kopplungsarm 43 angreift. Das Stellelement 55 umfasst zwei von dem Angelpunkt 54 ausgehende Hebelarme, die an ihren Enden jeweils einen in die Kulissen 41 der beiden Schaltwalzen 40 eingreifenden Nocken 56 tragen, wie insbesondere in 7 zu erkennen. Indem die Arme des Stellelements 55 jeweils in einen Zwischenraum zwischen den Schaltwalzen 40 und den sich benachbart erstreckenden Armen 42 eingreifen, ist der Nocken 56 daran gehindert, in radialer Richtung aus der Kulisse 41 zu entweichen.
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Das Zahnrad 45, die Schaltwelle 38 bzw. 39, die Schaltwalze 40 mit der Kulisse 41 darin und der in die Kulisse 41 eingreifende Nocken 56 können jeweils als ein Linearversteller eines zweiten Typs aufgefasst werden, der jeweils eine Drehung des Zahnrades 13 in eine axiale Translation einer Schaltgabel 57 oder 62 bzw. der von dieser geführten Schaltmuffe 31 oder 35 umsetzt.
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In der Konfiguration der 5 ist eine Verschiebung der Schaltgabel 62 entlang der Schaltwelle 39 durch einen zylindrischen Sperrstab 58 blockiert, der in eine von mehreren Kerben 59 an der Hülse 52 der Schaltgabel 62 eingreift. Der Sperrstab 58 hat seinerseits mehrere Kerben 60, 61. Durch eine 90°-Drehung des Sperrstabs 58 könnte die Kerbe 60 so gegenüber den Kerben 59 der Schaltgabel 62 platziert werden, dass diese entlang der Schaltwelle 38 beweglich wird, gleichzeitig würde die Kerbe 61 aus ihrer in der 5 gezeigten, den Kerben 59 der Schaltgabel 57 zugewandten und eine Bewegung der Schaltgabel 57 erlaubenden Stellung in eine die Bewegung der Schaltgabel 57 blockierende Stellung übergehen.
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8 zeigt eine schematische Draufsicht auf den Steuermechanismus 37 der 5 und Teile des Schaltgetriebes aus 1 in einer Neutralstellung, in der die Schalthülsen 31, 35 jeweils mittig zwischen den Losrädern 29, 30 bzw. 33, 34 platziert sind und keines der Losräder an die es tragende, in 8 lediglich durch eine strichpunktierte Linie symbolisierte Welle 25 bzw. 26 gekoppelt ist. Die Reibkupplungen 8, 9 sind beide offen. Die Nocken 56 des Kopplungsarms 43 greifen in die Kulissen 41 der Schaltwalzen 40 jeweils an der Grenze zwischen dem schraubenlinienförmigen Abschnitt 51 und dem langen in Umfangsrichtung verlaufenden Abschnitt 49 ein.
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Um den ersten Gang einzulegen, wird zunächst, wie in 9 gezeigt, der Sperrstab 58 geschwenkt, so dass seine Kerbe 60 den Kerben 59 der Schaltgabel 62 zugewandt ist und er eine Verschiebung der Schaltgabel 62 entlang der Schaltwelle 39 freigibt, die Kerbe 61 jedoch von den Kerben 59 der Schaltgabel 57 weggedreht ist, so dass eine Verschiebung der Schaltgabel 57 an der Schaltwelle 38 blockiert ist. Dann wird ein Stellmotor 47 in Gang gesetzt, der über eine Gewindeschnecke 48 an dem Zahnrad 45 der Schaltwelle 38 angreift, so dass deren Schaltwalze 40 in Drehung versetzt wird. In Folge dieser Drehung durchläuft der Nocken 56 an dieser Schaltwalze 40 den schraubenlinienförmigen Abschnitt 51 der Kulisse, wodurch das an der Schaltange angreifende Ende des Stellelements 55, wie in 9 gezeigt, nach links ausgelenkt wird. Da die Schaltwelle 39 nicht gedreht wird, bleibt der zweite Nocken 56 des Stellelements 55 in Ruhe. Das Stellelement 55 schwenkt im Uhrzeigersinn, wodurch der Kopplungsarm 43 am Angelpunkt 54 nach links mitgenommen wird. Da die Schaltgabel 57 durch den Sperrstab 58 blockiert ist, bleibt auch der an der Schaltgabel 57 angreifende Gelenkkopf 44 des Kopplungsarms 43 unbeweglich, so dass der Kopplungsarm 43 im Gegenuhrzeigersinn schwenkt und die Schaltgabel 62 nach links mitnimmt, bis die Schaltmuffe 31 an dem Losrad 29 eingerastet ist und dieses an die Nebenwelle 25 koppelt. Damit ist der erste Gang vorgewählt, aber noch nicht eingelegt.
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Während an der Schaltwelle 38 der Nocken 56 den Abschnitt 51 der Kulisse durchlaufen hat, hat sich auch das Zahnrad 13 auf Seiten der Reibkupplung 8 gedreht, so dass die Kugeln 15 sich jeweils an der Grenze zu einem der äußeren Abschnitte 70 ihrer Rampen 68 befinden. Die Nocken 44 des Zahnrades 13 sind in den Abschnitt 49 des Rings 12 eingerückt, so dass die Schaltmuffe 10 unbewegt bleibt. Während der Stellmotor 47 weiter rotiert und der Nocken 56 an der Schaltwelle 38 den Abschnitt 50 seiner Kulisse durchläuft, rücken die Kugeln 15 immer weiter in die äußeren Abschnitte 70 vor und verschieben dabei die Platten 19, bis diese an die Platten 20 anschlagen und die Reibkupplung 8 schließt, wie in 10 gezeigt. Damit ist der erste Gang eingelegt.
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Um in den zweiten Gang umzuschalten, wird die Schaltwelle 39 von einem zweiten Stellmotor 47 in eine Richtung gedreht, in der dort der Nocken 56 an das Ende des langen in Umfangsrichtung verlaufenden Abschnitts 49 vorrückt, wie in 11 gezeigt. Die Schaltgabeln 62, 57 werden dadurch nicht bewegt. Gleichzeitig durchlaufen in Folge der Drehung des rechten Zahnrades 13 dessen Nocken 14 am rechten Ring 12 den schraubenlinienförmigen Abschnitt 51 der Kulisse 46 und bringen dadurch die (in 11 nicht gezeigte) Schaltmuffe 11 am Losrad 23 in Eingriff. Damit ist der zweite Gang vorgewählt. Die Schaltwelle 38 wird wenigstens so weit zurückgedreht, dass an ihrer Schaltwalze 40 der Nocken 56 wieder zwischen den Abschnitten 50 und 51 steht. Dadurch ist die Reibkupplung 8 wieder geöffnet. Gleichzeitig wird der an der Schaltwelle 39 angreifende Stellmotor 47 weiter rotiert. Die Nocken 14 des rechten Zahnrades 13 durchlaufen den Abschnitt 50 am rechten Ring 12. Die Kugeln 15 durchlaufen äußere Abschnitte 70 ihrer Rampen 68 und schließen dadurch die Reibkupplung 9. Drehmoment wird somit von der Antriebswelle 1 über die Reibkupplung 9 auf die Hohlwelle 3, über die Schaltmuffe 11 auf das Losrad 23 und von dort über das Festrad 28 auf die Nebenwelle 25 übertragen.
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Während der zweite Gang eingelegt ist, kann zu beliebiger Zeit die Schaltmuffe 31 von dem Losrad 29 getrennt und stattdessen die Schaltmuffe 35 am Losrad 33 in Eingriff gebracht werden, um so den dritten Gang vorzuwählen. Zu diesem Zweck wird zunächst die Schaltwelle 38 gedreht, so dass ihr Nocken 56 zwischen den Abschnitten 51, 49 seiner Kulisse zu liegen kommt. Dadurch verschiebt sich der Nocken 56 in der Darstellung der 11 nach rechts, das Stellelement 55 schwenkt aus seiner in 11 gezeigten Stellung im Gegenuhrzeigersinn und nimmt dabei den Angelpunkt 54 nach rechts mit. Da die Schaltgabel 57 durch den Sperrstab 58 blockiert ist, wird die Schaltgabel 62 verschoben, und die Schaltmuffe 31 kehrt in die Neutralstellung zurück.
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Anschließend wird der Sperrstab 58 geschwenkt, so dass die Schaltgabel 62 blockiert und die Schaltgabel 57 beweglich ist. Die Schaltwelle 38 wird nun in entgegengesetzte Richtung gedreht, so dass der Nocken 56 dort den Abschnitt 51 erneut durchläuft. Dabei wird der Angelpunkt 54 nach links mitgenommen. Da diesmal, anders als beim Vorwählen des ersten Gangs, die Schaltgabel 57 beweglich ist, schwenkt der Koppelarm 43 im Uhrzeigersinn, wobei er die Schaltgabel 57 nach links zieht und die Schaltmuffe 35 am Losrad 33 in Eingriff bringt, wie in 12 gezeigt.
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Um den zweiten Gang aus- und den dritten einzulegen, genügt es nun, die Schaltwelle 39 zurückzudrehen, so dass der Nocken 56 dort wieder an die Grenze zwischen den Abschnitten 50, 51 gelangt, und an der Schaltwelle 38 den Nocken 56 am Ende des Abschnitts 50 zu platzieren.
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In 13 befindet sich an der Schaltwelle 38 der Nocken 56 am Ende des Kulissenabschnitts 50, so dass die Reibkupplung 8 geschlossen und der dritte Gang eingelegt ist. Durch ein neuerliches Schwenken des Sperrstabs 58 ist die Schaltgabel 57 in ihrer die Schaltmuffe 35 am Losrad 33 in Eingriff haltenden Stellung blockiert. Die Schaltwelle 39 ist so gedreht, dass der Nocken 56 dort sich zwischen den Kulissenabschnitten 51, 50 befindet. Dadurch ist das Stellelement 55 über die Stellung der 12 hinaus im Uhrzeigersinn verschwenkt, und die Schaltgabel 52 ist über die Neutralstellung hinaus nach rechts verschoben, so dass die Schaltmuffe 31 an das Rad 30 gekoppelt ist. Durch diese Kopplung ist der vierte Gang vorgewählt.
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Durch Weiterdrehen der Schaltwelle 39, bis der Nocken das Ende des Abschnitts 50 erreicht, wird die Reibkupplung 9 geschlossen und der vierte Gang eingelegt; gleichzeitig wird durch Zurückdrehen der Schaltwelle 38 die Reibkupplung 8 wieder geöffnet.
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Um den fünften Gang einzulegen, wird die Reibkupplung 9 wieder geöffnet und gleichzeitig das linke Zahnrad 13 so weit gedreht, dass seine Nocken 14 die Abschnitte 51, 49 am Ring 12 durchlaufen und dadurch erst die Schaltmuffe 10 am Losrad 22 in Eingriff bringen und anschließend die Reibkupplung 8 schließen.
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Anhand der in 13 gezeigten Konfiguration ist leicht vorstellbar, dass durch erneutes Schwenken des Sperrstabs 58 die Schaltgabel 62 in der gezeigten Stellung blockiert und die Schaltgabel 57 freigegeben werden kann. Nun kann durch eine Drehung der Schaltwelle 38, bei der dort der Nocken 56 den Kulissenabschnitt 51 durchläuft, die Schaltgabel 57 nach rechts in eine Stellung verschoben werden, in der die Schaltmuffe 35 an das Rad 34 ankoppelt und in der durch Öffnen der Reibkupplung 8 und Schließen der Reibkupplung 9 der sechste Gang eingelegt werden kann.
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14 zeigt in einer zu 5 analogen perspektivischen Ansicht eine zweite Ausgestaltung des Steuermechanismus 37. Die zwei Schaltwellen 38, 39 und die von ihnen getragenen Schaltgabeln 62, 57 sind dieselben wie im Falle der 5. Zusätzlich sind – hier zum Einlegen eines Rückwärtsgangs – eine dritte Schaltgabel 63 und eine Stange 64 in Längsrichtung der Stange 64 verschiebbar, wobei die Schaltgabel 63, wie in 1 gezeigt eine Schaltmuffe 65 an einer weiteren Nebenwelle 66 steuert. Ein durch die Schaltmuffe 65 an die Nebenwelle 66 koppelbares Losrad 67 kämmt mit einem der Losräder 29, 30, 33, 34, hier dem Losrad 30. Der Kopplungsarm 43 ist aus zwei teleskopisch gegeneinander verschiebbaren Komponenten zusammengesetzt, einer Schiene 71, die den Angelpunkt 54 mit dem an der Schaltgabel 62 angreifenden Gelenkkopf 44 verbindet, und einen Schlitten 72, der an der Schiene 71 in deren Längsrichtung beweglich ist, die Schiene 71 größtenteils verdeckt und einerseits den in 14 unter dem Schlitten 72 verborgenen, an der Schaltgabel 57 angreifenden Gelenkkopf 44 und andererseits einen an die Schaltgabel 63 koppelbaren Gelenkkopf 44 trägt. Ein von dem Schlitten 72 abstehender Stift 73 greift in eine am Gehäuse des Schaltgetriebes feste Kulisse 74 ein. 14 zeigt den Stift 73 in einer Neutralstellung, an der Grenze zwischen einem zu den Schaltwellen 38, 39 parallelen Abschnitt 75 und einen schräg zu den Schaltwellen verlaufenden Abschnitt 76 der Kulisse 74.
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Das Einlegen des ersten Gangs läuft bei dieser Ausgestaltung genau so ab, wie für die erste Ausgestaltung mit Bezug auf die 8 bis 10 beschrieben. Die in 9 gezeigte Schwenkbewegung des Kopplungsarms 43 im Gegenuhrzeigersinn führt hier allerdings dazu, dass der Stift 73 in den schrägen Abschnitt 76 der Kulisse 74 vorrückt und dabei den Schlitten 73 zur Seite der Schaltwelle 39 herüberzieht. Auf der gegenüberliegenden Seite rückt daher der in 14 verborgene Gelenkkopf 44 aus der Schaltgabel 57 aus, und stattdessen rückt der an der Oberseite des Schlittens 72 sichtbare Gelenkkopf 44 in eine Aussparung an der Schaltgabel 63 ein.
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Um ein Umschalten in den Rückwärtsgang vorzubereiten, wird der Sperrstab 58 wie in 14 gezeigt in eine Orientierung gedreht, in der seine Kerbe 60 die Schaltgabel 52 blockiert, wohingegen die Kerbe 61 und eine weitere Kerbe 76 Kerben 59 der Schaltgabeln 57 bzw. 63 zugewandt sind, so dass sie deren Bewegung zulassen. Anhand von 9 ist leicht nachzuvollziehen, dass, wenn nun die Schaltwelle 39 gedreht wird, so dass der Nocken 56 dort in den Kulissenabschnitt 50 gelangt, das Stellelement 55 um seinen an der Schaltwelle 38 angreifenden Nocken 56 im Uhrzeigersinn schwenkt. Der Angelpunkt 54 wird dadurch bezogen auf die Darstellung der 9 nach rechts verschoben, und da die Schaltgabel 62 gesperrt ist, schwenkt der Kopplungsarm 43 im Gegenuhrzeigersinn und verschiebt die Schaltgabel 63 in Richtung der Sperrstange 58, so dass die Schaltmuffe 65 das Losrad 67 an die Nebenwelle 66 koppelt. Wenn die Schaltwelle 39 weiter gedreht wird, bis der Nocken 56 das Ende des Abschnitts 50 erreicht, wird auch die Reibkupplung 9 geschlossen, und der Rückwärtsgang ist eingelegt.
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Dieser Aufbau ermöglicht das Einlegen des Rückwärtsgangs, wenn der erste Gang vorgewählt ist; entsprechend ist auch bei vorgewähltem Rückwärtsgang ein unmittelbares Umschalten in den ersten Gang möglich, so dass zwischen beiden schnell hin und hergeschaltet werden kann. Außerdem genügen die zwei Linearversteller des zweiten Typs, um zusätzlich zu den bereits gemäß der Ausgestaltung der 1–13 gesteuerten Gängen 1, 3, 4, 6 auch das Einlegen des Rückwärtsgangs zu steuern.
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Es versteht sich, dass die obige detaillierte Beschreibung und die Zeichnungen zwar bestimmte exemplarische Ausgestaltungen der Erfindung darstellen, dass sie aber nur zur Veranschaulichung gedacht sind und nicht als den Umfang der Erfindung einschränkend ausgelegt werden sollen. Diverse Abwandlungen der beschriebenen Ausgestaltungen sind möglich, ohne den Rahmen der nachfolgenden Ansprüche und deren Äquivalenzbereich zu verlassen. insbesondere gehen aus dieser Beschreibung und den Figuren auch Merkmale der Ausführungsbeispiele hervor, die nicht in den Ansprüchen erwähnt sind. Solche Merkmale können auch in anderen als den hier spezifisch offenbarten Kombinationen auftreten. Die Tatsache, dass mehrere solche Merkmale in einem gleichen Satz oder in einer anderen Art von Textzusammenhang miteinander erwähnt sind, rechtfertigt daher nicht den Schluss, dass sie nur in der spezifisch offenbarten Kombination auftreten können; stattdessen ist grundsätzlich davon auszugehen, dass von mehreren solchen Merkmalen auch einzelne weggelassen oder abgewandelt werden können, sofern dies die Funktionsfähigkeit der Erfindung nicht in Frage stellt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antriebswelle
- 2
- Hauptwelle
- 3
- Hauptwelle
- 4
- Zahnrad
- 5
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- 6
- Zahnrad
- 7
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- 8
- Reibkupplung
- 9
- Reibkupplung
- 10
- Schaltmuffe
- 11
- Schaltmuffe
- 12
- Ring
- 13
- Zahnrad
- 14
- Nocken
- 15
- Kugel
- 16
- Druckring
- 17
- Ring
- 18
- Wälzlager
- 19
- Platte
- 20
- Platte
- 21
- Synchronring
- 22
- Losrad
- 23
- Losrad
- 24
- Schaltverzahnung
- 25
- Nebenwelle
- 26
- Nebenwelle
- 27
- Festrad
- 28
- Festrad
- 29
- Losrad
- 30
- Losrad
- 31
- Schaltmuffe
- 32
- Abtriebsritzel
- 33
- Losrad
- 34
- Losrad
- 35
- Schaltmuffe
- 36
- Abtriebsritzel
- 37
- Steuermechanismus
- 38
- Schaltwelle
- 39
- Schaltwelle
- 40
- Schaltwalze
- 41
- Kulisse
- 42
- Arm
- 43
- Kopplungsarm
- 44
- Gelenkkopf
- 45
- Zahnrad
- 46
- Kulisse
- 47
- Stellmotor
- 48
- Gewindeschnecke
- 49
- Abschnitt der Kulisse
- 50
- Abschnitt der Kulisse
- 51
- Abschnitt der Kulisse
- 52
- Hülse
- 53
- Platte
- 54
- Angelpunkt
- 55
- Stellelement
- 56
- Nocken
- 57
- Schaltgabel
- 58
- Sperrstab
- 59
- Kerbe
- 60
- Kerbe
- 61
- Kerbe
- 62
- Schaltgabel
- 63
- Schaltgabel
- 64
- Stange
- 65
- Schaltmuffe
- 66
- Nebenwelle
- 67
- Losrad
- 68
- Rampe
- 69
- zentraler Abschnitt
- 70
- äußerer Abschnitt
- 71
- Schiene
- 72
- Schlitten
- 73
- Stift
- 74
- Kulisse
- 75
- Abschnitt
- 76
- Abschnitt
- 77
- Kerbe
