DE102014003241A1

DE102014003241A1 - Schaltgetriebe

Info

Publication number: DE102014003241A1
Application number: DE102014003241.8A
Authority: DE
Inventors: Mathias Remmler; Christian Rübsam
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2014-03-10
Filing date: 2014-03-10
Publication date: 2015-09-10
Also published as: GB2526902A; CN104913051A; GB201502956D0

Abstract

Ein Schaltgetriebe umfasst eine Hauptwelle (3), wenigstens eine Nebenwelle (33), wenigstens zwei Schaltmuffen (42, 43), eine Mehrzahl von jeweils einen Gang des Getriebes darstellenden Radsätzen (28 + 35, 29 + 36, 30 + 37, 32 + 38), von deren auf Haupt- und Nebenwellen (3, 33) verteilten Rädern jeweils wenigstens eines ein Losrad (35, 36, 37, 38) ist, das durch eine der Schaltmuffen (42, 43) an die es tragende Welle (33) ankuppelbar ist, einer Rotations-Translations-Wandlerbaugruppe mit einem um eine Achse schwenkbaren Antriebsteil, insbesondere einer Kulisse (21) und einem von einer Schwenkbewegung des Antriebsteils in Translation angetriebenen Abtriebsteil, insbesondere einen mit der Kulisse formschlüssig zusammenwirkenden Nocken (22), und einen Auswahlmechanismus (53, 54, 55) zum Koppeln jeweils einer der Schaltmuffen (42, 43) an das Abtriebsteil.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schaltgetriebe für ein Kraftfahrzeug, wie zum Beispiel aus US2008/0134819A1 bekannt.
Dieses herkömmliche Schaltgetriebe umfasst eine Hauptwelle und zwei Nebenwellen, die mit Festrädern der Hauptwelle kämmende Losräder tragen. Zwischen den Losrädern sind zwei Sperrsynchronisiereinrichtungen angebracht, deren Schaltmuffen entlang der Nebenwellen beweglich sind, um eines der Losräder an die es tragende Nebenwelle zu koppeln. Die Schaltmuffen sind gesteuert durch formschlüssiges Zusammenwirken eines Nockens mit einer Kulisse an einer um eine zu den Wellen parallele Achse drehbaren Trommel. Da jede Trommel zwei Kulissen trägt, von denen jede eine Schaltmuffe steuert, müssen die Kulissen lang genug sein, um jede mögliche Kombination von Stellungen der Schaltmuffen abbilden zu können. Das Volumen der Trommeln nimmt mit dem Quadrat der Kulissenlänge zu und führt zu beträchtlichem Platzbedarf. Da eine Trommel jeweils nur im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn gedreht werden kann, kann von einem Gang des Getriebes direkt allenfalls auf zwei andere umgeschaltet werden. Diese anderen Gänge müssen auch durchlaufen werden, wenn auch weitere auf derselben Trommel angesiedelte Gänge angefahren werden sollen, was das Umschalten in diese letzteren Gänge zeitraubend macht. In dem Getriebe nach D1 ist dieses Problem nicht übermäßig relevant, da es als Doppelkupplungsgetriebe ausgelegt ist und ein Gangwechsel somit nicht nur durch Drehen einer Trommel, sondern auch durch Lastwechsel von einem Teilgetriebe auf das andere möglich ist. Bei einem Getriebe mit einfacher Reibkupplung besteht diese Möglichkeit jedoch nicht.
Aufgabe der Erfindung ist daher, ein Schaltgetriebe mit einer durch formschlüssiges Zusammenwirken eines Nockens mit einer drehbaren Kulisse gesteuerten Schaltbewegung anzugeben, bei der der Platzbedarf der Kulisse auch bei einer hohen Zahl von über die Kulisse zu steuernden Gängen klein ist und ein schnelles Umschalten zwischen beliebigen Gängen möglich ist.
Die Aufgabe wird einer Ausgestaltung der Erfindung zufolge gelöst durch ein Schaltgetriebe mit

– einer Hauptwelle,
– wenigstens einer Nebenwelle,
– wenigstens zwei Schaltmuffen,
– einer Mehrzahl von jeweils einen Gang des Getriebes darstellenden Radsätzen, von deren auf Haupt- und Nebenwellen verteilten Rädern jeweils wenigstens eines ein Losrad ist, das durch eine der Schaltmuffen an die es tragende Welle ankuppelbar ist,
– einer Rotations-Translations-Wandlerbaugruppe mit einem um eine Achse schwenkbaren Antriebsteil und einem von einer Schwenkbewegung des Antriebsteils in Translation angetriebenen Abtriebsteil, und
– einem Auswahlmechanismus zum Koppeln jeweils einer der Schaltmuffen an den ersten Nocken.

Bei der Rotations-Translations-Wandlerbaugruppe kann das Antriebsteil eine um eine Achse drehbare Kulisse, im Folgenden als erste Kulisse bezeichnet, und das Abtriebsteil einen mit der ersten Kulisse formschlüssig zusammenwirkenden und von einer Drehung der ersten Kulisse in Translation angetriebenen Nocken, im Folgenden als erster Nocken bezeichnet, umfassen.
Umgekehrt kann aber auch die Kulisse zum Abtriebsteil und der Nocken zum Antriebsteil gehören.
Da die Schaltmuffen wahlweise an den ersten Nocken an- bzw. abkuppelbar sind, wird nur ein einziger erster Nocken benötigt, und die mit diesem ersten Nocken zusammenwirkende erste Kulisse muss auch nur lang genug sein, um darauf die verschiedenen möglichen Positionen einer Schaltmuffe codieren zu können, nicht aber die möglichen Kombinationen der Positionen von mehreren Schaltmuffen. Daher kann der Durchmesser der ersten Kulisse klein sein, und durch einen Wechsel der an die Kulisse gekoppelten Schaltmuffe wird trotz der geringen Länge der Kulisse ein direktes Umschalten zwischen einer großen Zahl von Gängen möglich.
Wenigstens eine erste der Schaltmuffen kann doppelt wirkend sein, d. h. sie kann zwischen einem ersten und einem zweiten Losrad angeordnet sein und jeweils dasjenige der beiden Losräder an seine Welle kuppeln, zu dem sie hinbewegt wird.
Die Kulisse kann hier wenigstens einen sich schraubenlinienförmig um die Achse erstreckenden Abschnitt aufweisen, wobei, wenn der Auswahlmechanismus besagte doppelt wirkende Schaltmuffe an den ersten Nocken koppelt, die Schaltmuffe immer dann das erste Losrad an die es tragende Welle ankuppelt, wenn der erste Nocken sich an einem ersten Ende des schraubenlinienförmigen Abschnitts befindet, und die Schaltmuffe immer dann das zweite Losrad an die es tragende Welle ankuppelt, wenn der erste Nocken sich an einem zweiten Ende des schraubenlinienförmigen Abschnitts befindet.
An den schraubenlinienförmigen Abschnitt der ersten Kulisse kann an dessen beiden Enden jeweils ein in Umfangsrichtung um die Achse verlaufender Abschnitt anschließen. Während, solange der erste Nocken mit dem schraubenlinienförmigen Abschnitt formschlüssig zusammenwirkt, jede Drehung der Kulisse eine Translation des ersten Nockens bewirkt, bewegt sich der erste Nocken nicht mehr, wenn er sich in einem der in Umfangsrichtung verlaufenden Abschnitte befindet.
Wenn das Schaltgetriebe ferner eine Reibkupplung zum Verbinden der Hauptwelle mit einer Antriebswelle umfasst, kann ein Stellgetriebe der Reibkupplung an die erste Kulisse gekoppelt sein, so dass die Reibkupplung offen ist, wenn der erste Nocken sich an einem Ende des schraubenlinienförmigen Abschnitts der ersten Kulisse befindet, und die Reibkupplung geschlossen ist, wenn der erste Nocken sich an einem vom schraubenlinienförmigen Abschnitt abgewandten Ende eines der um die Achse verlaufenden Abschnitte der ersten Kulisse befindet. So kann eine kontinuierliche Drehung der ersten Kulisse zunächst eine Bewegung der Schaltmuffe aus ihrer Neutralstellung in eine Gangstellung, in der sie ein Losrad an seine Welle ankuppelt, und anschließend ein Schließen der Reibkupplung antreiben, wobei sich während des Schließens der Reibkupplung die Schaltmuffe nicht mehr bewegt.
Um die Schließbewegung der Reibkupplung zu steuern, kann das Stellgetriebe eine zweite Kulisse und einen mit der zweiten Kulisse formschlüssig zusammenwirkenden zweiten Nocken umfassen, wobei der zweite Nocken dann in einen schraubenlinienförmigen Abschnitt der zweiten Kulisse eingreift, um eine Öffnungs- oder Schließbewegung der Reibkupplung anzutreiben, wenn der erste Nocken in einen in Umfangsrichtung verlaufenden Abschnitt der ersten Kulisse eingreift. Die zweite Kulisse kann sich insbesondere koaxial um die Hauptwelle erstrecken.
Eine zweite Schaltmuffe kann zwischen einem dritten und einem vierten Losrad angeordnet sein. Wenn die von den Radsätzen des ersten und des zweiten Losrads dargestellten Gänge unmittelbar aufeinander folgende Übersetzungsverhältnisse aufweisen und die von den Radsätzen des dritten und des vierten Losrads dargestellten Gänge unmittelbar aufeinander folgende Übersetzungsverhältnisse aufweisen, ist zumindest zwischen diesen Übersetzungsverhältnissen ein zügiges Umschalten durch eine unterbrechungsfreie Bewegung der ersten bzw. der zweiten Schaltmuffe möglich.
Die Losräder von ungeradzahligen Gänge darstellenden Radsätzen können jeweils an einer gleichen ersten Seite der diese Losräder an ihre Wellen ankuppelnden Schaltmuffen angeordnet sein, wohingegen die geradzahligen Gänge von Radsätzen dargestellt werden, deren Losräder sich auf der jeweils zweiten Seite der Schaltmuffen befinden. So ist sichergestellt, dass zwischen geradzahligen und ungeradzahligen Gängen immer mit einer von zeitraubenden Richtungswechseln freien Drehung der Kulisse umgeschaltet werden kann, egal ob am Zustandekommen der beiden Gänge die gleiche oder verschiedene Schaltmuffen beteiligt sind.
Der Auswahlmechanismus kann insbesondere eine von dem Nocken in Translation angetriebene Schaltstange und jeweils an einer der Schaltmuffen angreifende Schaltgabeln umfassen, wobei die Schaltstange um eine zu ihrer Translationsrichtung parallele Achse zwischen Stellungen drehbar ist, in dem jeweils eine der Schaltgabeln an die Translation der Schaltstange gekoppelt ist. So kann durch Drehen der Schaltstange, eventuell auch bei gleichzeitig stattfindender Translation, von einer Schaltmuffe zur anderen umgeschaltet werden.
Um die Kopplung an die Schaltstange herzustellen, können die Schaltgabeln jeweils eine Aussparung aufweisen, in die in einer der Stellungen ein Finger der Schaltstange eingreift.
Wenn der Finger zwischen den Aussparungen von wenigstens zwei Schaltgabeln bewegbar ist, kann einerseits die Zahl der Finger gering und damit der Aufbau des Schaltgetriebes einfach gehalten werden, zum anderen ist auf einfache Weise sichergestellt, dass die beiden Schaltgabeln nicht gleichzeitig an die Schaltstange gekoppelt sind.
Wenn mehrere Schaltmuffen entlang einer der Wellen verteilt sind, können entsprechend der Zahl dieser Schaltmuffen Finger an der Schaltstange verteilt sein.
Zwei Schaltgabeln, deren Aussparungen für einen gleichen Finger der Schaltstange erreichbar sind, können Schaltmuffen auf verschiedenen Wellen, vorzugsweise auf verschiedenen Nebenwellen, steuern.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
1 einen axialen Schnitt durch ein Schaltgetriebe gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 einen Auswahlmechanismus des Schaltgetriebes in perspektivischer Ansicht;
3 eine Draufsicht auf einen Träger einer Reibkupplungsbaugruppe des Schaltgetriebes; und
4 einen Schnitt entlang der Ebene IV-IV aus 1.
1 zeigt in einem schematisierten axialen Schnitt ein Schaltgetriebe gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung. An einer mit einem Antriebsmotor eines Kraftfahrzeugs verbundenen ersten Welle oder Antriebswelle 1 ist drehfest und axial unbeweglich eine erste Kupplungsscheibe 2 einer Reibkupplung, hier als Teil eines Lamellenpakets, angebracht. Ein Ende der Antriebswelle 1 liegt koaxial einer zweiten Welle, als Hauptwelle 3 des Getriebes bezeichnet, gegenüber. Die Hauptwelle 3 trägt drehfest, aber axial beweglich eine zweite Kupplungsscheibe 4, hier wiederum als Teil eines Lamellenpakets, dessen Lamellen zwischen die an der Antriebswelle 1 festen Lamellen eingreifen. Die Hauptwelle 3 erstreckt sich durch eine Öffnung eines plattenförmigen Trägers 5, der mit einem (nicht dargestellten) Gehäuse des Schaltgetriebes fest verbunden ist oder eine Wand dieses Gehäuses bildet. In einer Öffnung 7 des Trägers 5 ist die Welle 3 durch ein Wälzlager 6 gehalten und geführt.
Koaxial zu der Welle 1 erstreckt sich rings um die Öffnung 7 eine scheibenförmige Halterung 8 mit mehreren axialen Bohrungen 9, die jeweils einen Nocken aufnehmen, der sich ausgehend von einem sich vor der der Antriebswelle 1 zugewandten Seite der Halterung 8 um die Hauptwelle 3 erstreckenden Ring 13 bis in eine in den Träger 5 eingetiefte Kulisse 11 erstreckt. Die Nocken könnten mit dem Ring 13 fest zusammenhängend ausgebildet sein; hier sind es zwischen dem Ring 13 und dem Träger 5 eingeklemmte und gegenüber beiden drehbare Wälzkörper 10. Die Wälzkörper 10 können beliebige für die Wälzkörper von Wälzlagern gebräuchliche Formen, wie etwa Zylinder- oder Kegelstumpfformen, haben; hier sind es Kugeln.
Die Tiefe der Kulissen 11 ist in Umfangsrichtung rings um die Welle 1 variabel; in der in 1 gezeigten Schnittebene befinden sich die Wälzkörper 10 jeweils an einem Punkt maximaler Tiefe ihrer Kulisse 11.
Der Ring 13 ist ein Laufring eines Axial-Wälzlagers 12. Ein zweiter Laufring 15 des Wälzlagers 12 liegt an einem Flansch 16 an, der die Kupplungsscheibe 4 mit der Hauptwelle 3 verbindet, und zwischen den Ringen sind Wälzkörper 14 gehalten. Während der Laufring 15 zusammen mit der Hauptwelle 3 rotiert, bewegt sich der Ring 13 nur dann, wenn wie im Folgenden im Detail beschrieben die Wälzkörper 10 in ihren Kulissen 11 verstellt werden. Mit Hilfe des Wälzlagers 12 kann verhindert werden, dass durch die Drehung der Hauptwelle 3 die Wälzkörper 10 zu einer Bewegung entlang ihrer Kulissen 11 angetrieben werden. Eine nicht dargestellte Feder übt auf den Flansch 16 eine Kraft in axialer Richtung aus, die die Kupplungsscheiben 2, 4 voneinander forttreibt und durch die die Wälzkörper 10 und das Wälzlager 12 zwischen dem Flansch 16 und dem Träger 5 geklemmt gehalten sind.
An einem Randbereich der scheibenförmigen Halterung 8 ist ein zu den Wellen 1, 3 koaxialer Verzahnungssektor 17 gebildet. Dieser Verzahnungssektor 17 kämmt mit einem Zahnrad 18, das als Losrad an einer drehfesten Welle 19 angeordnet und mit einer zu der Welle 19 koaxialen zylindrischen Trommel 20 verbunden ist. In der Mantelfläche der Trommel 20 ist eine Kulisse 21, hier in Form eines sich radial durch die Mantelfläche erstreckenden Schlitzes oder einer zum Inneren der Trommel 20 hin offenen Nut gebildet, in die ein fest mit der Welle 19 verbundener Nocken 22, hier in Form eines radial von der Welle 19 abstehenden Stiftes, eingreift.
Die Kulisse 21 umfasst zwei in Umfangsrichtung um die Welle 19 verlaufende, in axialer Richtung gegeneinander versetzte Abschnitte 23, 24 und einen Abschnitt 25, der sich schraubenlinienförmig um die Welle 19 erstreckt und die Abschnitte 23, 24 miteinander verbindet. 1 zeigt die Trommel 20 in einer Neutralstellung, in der der Nocken 22 sich in der Mitte des Abschnitts 25 befindet.
Die Darstellung der 1 erweckt den Eindruck, als würde sich die Kulisse 21 nur über einen Winkel von deutlich unter 180° über die Mantelfläche der Trommel 20 erstrecken. Dies ist allerdings nur dem Bemühen geschuldet, die Form der Kulisse 21 und die Abfolge ihrer Abschnitte 23, 24, 25 deutlich zu machen. Tatsächlich könnte allein der schraubenlinienförmige Abschnitt 25 sich ohne weiteres mehrmals um die Trommel 20 erstrecken. In der Praxis ist die Winkelausdehnung des schraubenlinienförmigen Abschnitts 25 etwa doppelt so groß wie die der sich in Umfangsrichtung erstreckenden Abschnitte 23, 24, und alle zusammen können sich über einen Winkel von bis zu 720° erstrecken. Je größer der Winkel, um so kleiner kann bei gleichbleibender Steigung des schraubenlinienförmigen Abschnitts 25 die Trommel 20 gemacht werden.
Ein elektrischer Stellmotor 26 trägt eine Gewindeschnecke 27, die mit dem Zahnrad 18 kämmt, so dass der Stellmotor 26 in der Lage ist, eine gekoppelte Drehung der Trommel 20 und der Halterung 8 anzutreiben.
An der Welle 3 sind mehrere Zahnräder drehfest montiert, hier fünf Stück, mit 28, 29, 30, 31 und 32 bezeichnet. Parallel zur Hauptwelle 3 sind zwei Nebenwellen 33, 34 angeordnet. Die Nebenwelle 33 trägt vier Losräder 35, 36, 37, 38 und ein Abtriebsritzel 39, das mit einem nicht gezeigten Differential kämmt. Zwischen den Losrädern 35, 36 bzw. 37, 38 ist jeweils eine Sperrsynchronisiereinrichtung 40 bzw. 41 angeordnet. Die Sperrsynchronisiereinrichtungen 40, 41 umfassen in fachüblicher Weise eine Schaltmuffe 42 bzw. 43, die, geführt von einer Schaltgabel 44, 45, aus ihrer in 1 gezeigten Neutralstellung in entgegengesetzte Richtungen axial verschiebbar ist, um jeweils eines der beiden benachbarten Losräder 35, 36 oder 37, 38 drehfest an die Nebenwelle 33 zu kuppeln.
Die Zahnräder 28, 35 kämmen miteinander und bilden einen Radsatz eines ersten Gangs ➀ des Schaltgetriebes; der Radsatz eines zweiten Gangs ➁ ist durch die von derselben Schaltmuffe 42 wie der erste Gang gesteuerten Zahnräder 29, 36 gebildet. Die von der anderen Sperrsynchronisiereinrichtung 41 der Nebenwelle 33 gesteuerten Losräder 37, 38 bilden mit den Festrädern 30, 32 jeweils Radsätze für einen fünften bzw. sechsten Gang ➄, ➅. Der dritte Gang ➂ des Getriebes wird dargestellt durch einen Radsatz bestehend aus dem Festrad 30 und einem Losrad 47 auf der Nebenwelle 34, der vierte Gang ➃ durch einen Radsatz bestehend aus dem Festrad 31 und einem Losrad 46 auf der Nebenwelle 34. Zwischen den Losrädern 46, 47 ist eine weitere doppelt wirkende Sperrsynchronisiereinrichtung mit einer von einer Schaltgabel 48 gesteuerten Schaltmuffe 49 vorgesehen.
Eine weitere, hier nur einfach wirkende Sperrsynchronisiereinrichtung hat eine Schaltmuffe 50, die, gesteuert durch eine Schaltgabel 51, in der Lage ist, ein Losrad 52 an die Nebenwelle 34 zu kuppeln, das mit dem Losrad 35 auf der Nebenwelle 33 kämmt, und so einen Rückwärtsgang^® des Getriebes darzustellen.
2 zeigt in einer perspektivischen Ansicht ein Stück der Trommel 20 und die aus der Trommel 20 austretende Welle 19. Während die Trommel 20 in Bezug auf das Gehäuse des Getriebes zusammen mit dem Zahnrad 18 drehbar, aber in axialer Richtung der Welle 19 fest ist, ist die Welle 19 axial beweglich aber drehfest. Eine Schaltstange 53 ist auf einem Teil ihrer Länge in einer Bohrung der Welle 19 aufgenommen, um axialen Bewegungen der Welle 19 zu folgen, gleichzeitig ist die Schaltstange 53 jedoch um die Achse der Welle 19 drehbar. Ein über ein freies Ende der Welle 19 überstehender Abschnitt der Schaltstange 53 trägt radial abstehende Finger, hier zwei Stück, mit 54 bzw. 55 bezeichnet. Der Finger 54 ist hier in formschlüssigem Eingriff mit einer Aussparung 56 der die Schaltmuffe 42 steuernden Schaltgabel 44 gezeigt. Durch eine Drehung der Schaltstange 53 im Uhrzeigersinn kann der Finger 54 an der Schaltgabel 51 in Eingriff gebracht werden; wird hingegen die Schaltstange 53 aus der gezeigten Orientierung im Gegenuhrzeigersinn rotiert, gelangt der Finger 55 zunächst an der die Schaltmuffe 49 steuernden Schaltgabel 48, und dann an der Schaltgabel 45 in Eingriff, während der Finger 54 in keine Schaltgabel eingreift.
3 zeigt eine Draufsicht auf den Träger 5 und die drei in die Kulissen 11 des Trägers 5 eingreifenden Wälzkörper 10. Die Kulissen 11 haben jeweils drei in Umfangsrichtung aufeinanderfolgende Abschnitte, einen zentralen Abschnitt 57 und beiderseits an den zentralen Abschnitt 57 angrenzende Steigungsabschnitte 58, in denen die Tiefe der Kulisse 11 jeweils nach außen, vom zentralen Abschnitt 57 fort, abnimmt, so dass diese Abschnitte 58 die Wälzkörper 10 jeweils auf schraubenlinienförmigen Bahnen mit jeweils gegensätzlicher Steigung führen.
4 zeigt einen Schnitt durch das Getriebe entlang der in 1 mit IV-IV bezeichneten, durch die scheibenförmige Halterung 8 verlaufenden Ebene. In 3 und 4 befinden sich die Wälzkörper 10 jeweils in einer Neutralstellung, in der Mitte der zentralen Abschnitte 57 ihrer Kulissen 11. Wenn die Halterung 8 über das Zahnrad 18 zu einer Drehung um die Welle 3 angetrieben wird, bewegen sich die Wälzkörper 10 in Umfangsrichtung über die Kulissen 11. Solange sie sich noch in den zentralen Abschnitten 57 befinden, ändert sich ihr Abstand von der Kupplungsscheibe 2 dabei nicht. Wenn die Wälzkörper 10 jedoch die Steigungsabschnitte 58 erreichen, werden sie mit fortschreitender Verdrehung der Halterung 8 immer weiter axial in Richtung der Kupplungsscheibe 2 ausgelenkt und erreichen schließlich eine Stellung, in der sie die Kupplungsscheibe 4 an die Kupplungsscheibe 2 angedrückt halten, so dass die von den Kupplungsscheiben 2, 4 gebildete Reibkupplung 59 geschlossen ist und Drehmoment von der Antriebswelle 1 auf die Hauptwelle 3 übertragen wird.
Das Zahnrad 18 und die drehbare Halterung 8 sind derart aneinander gekoppelt, dass, wenn der Nocken 22 sich in seiner Neutralstellung in der Mitte des Abschnitts 25 der Kulisse 21 befindet, auch die Wälzkörper 10 sich in Neutralstellung in der Mitte der zentralen Abschnitte 57 ihrer Kulissen 11 befinden.
Wenn der Stellmotor 26 in Gang gesetzt wird, um das Zahnrad 18 zu drehen, verschiebt sich die Kulisse 21 relativ zum Nocken 22. Wenn die Drehrichtung des Stellmotors 26 so gewählt ist, dass durch diese Drehung der Nocken 22 sich dem Abschnitt 23 der Kulisse nähert, dann wird gleichzeitig die Welle 19 und zusammen mit ihr die Schaltstange 53 in 1 und 2 nach rechts verlagert. Dabei nimmt die Schaltstange 53 die Schaltgabel 44 mit, so dass die Schaltmuffe 42 zunächst in an sich bekannter Weise einen (nicht dargestellten) Synchronring gegen das Losrad 35 drückt, um anschließend, nachdem dadurch das Losrad 35 mit der Nebenwelle 33 synchronisiert ist, in einen formschlüssigen Eingriff am Losrad 35 vorzurücken und dieses so drehfest an die Nebenwelle 33 zu kuppeln. Nachdem dieser formschlüssige Eingriff hergestellt ist, erreicht der Nocken 22 den Abschnitt 23, und die axiale Bewegung der Schaltstange 53 endet.
Währenddessen hat die Drehung der Halterung 8 dazu geführt, dass die Wälzkörper 10 jeweils die Grenze zwischen dem zentralen Abschnitt 57 und einen angrenzenden Steigungsabschnitt 58 ihrer Kulisse 11 erreicht haben. Die weitere Drehung des Stellmotors 26 bewirkt nun keine Verschiebung der Schaltstange 53 mehr, stattdessen werden jedoch die Wälzkörper 10 in dem Maße, in dem sie in die Steigungsabschnitte 58 vordringen, in axialer Richtung immer weiter ausgelenkt und verlagern die Kupplungsscheibe 4, bis diese in kraftschlüssigen Reibkontakt mit der Kupplungsscheibe 2 gelangt. Nun ist die von den Kupplungsscheiben 2, 4 gebildete Reibkupplung 59 geschlossen, und der erste Gang des Getriebes ist eingelegt. Der Drehmomentfluss läuft von der Antriebswelle 1 über die Reibkupplung 59 zur Hauptwelle 3, über die Räder 28, 35 zur Nebenwelle 33 und von dort über das Abtriebsritzel 39 zu dem nicht dargestellten Differential.
Wenn später der Stellmotor 26 in Gegenrichtung in Gang gesetzt wird, führt dies zunächst zum Lösen der Kupplungsscheiben 2, 4 voneinander. Sobald der Nocken 22 wieder den Abschnitt 25 der Kulisse 21 erreicht, fängt die Schaltmuffe 42 an, sich zu bewegen. Die Schaltmuffe 42 kehrt zunächst in ihre Neutralstellung zurück und geht dann, nachdem der Nocken 22 die Neutralstellung passiert hat und während er sich dem Abschnitt 24 der Kulisse 21 nähert, in eine am Losrad 36 formschlüssig eingreifende Stellung über. Die Verschiebung der Schaltstange 53 nach links endet, wenn der Nocken 22 den Abschnitt 24 erreicht hat. Während er diesen bis zum Ende durchläuft, bewegen sich die Wälzkörper 10 durch die zweiten Steigungsabschnitte 58 ihrer Kulissen 11, um erneut den Reibschluss zwischen den Kupplungsscheiben 2, 4 herzustellen und so den zweiten Gang einzulegen.
Um den dritten Gang einzulegen, wird der Stellmotor 26 erneut, in derselben Drehrichtung wie beim Einlegen des ersten Gangs, in Bewegung gesetzt, so dass der Nocken 22 die Kulisse 21 erneut zum Abschnitt 23 hin durchläuft. Beim Durchgang des Nockens 22 durch die Neutralstellung in der Mitte des Abschnitts 25 wird die Schaltstange 53 um ihre Achse gedreht, so dass der Finger 54 aus der Schaltgabel 44 ausrückt und stattdessen der Finger 55 in die Aussparung der Schaltgabel 48 eingreift. Die Schaltmuffe 42 bleibt daraufhin in ihrer Neutralstellung stehen, gleichzeitig setzt die Schaltmuffe 49 sich nach rechts in Bewegung, um einen formschlüssigen Eingriff am Losrad 47 herzustellen und so den dritten Gang einzulegen. Da der Stellmotor 26 für die Umschaltung vom zweiten zum dritten Gang seine Drehrichtung nicht wechseln muss, dauert der Schaltvorgang nicht oder allenfalls geringfügig länger als das Umschalten zwischen erstem und zweitem Gang.
Um in den vierten Gang zu schalten, genügt es, wenn der Stellmotor 26 erneut seine Drehrichtung wechselt und die Schaltstange 53 nach links verschiebt, bis die Schaltmuffe 49 am Losrad 46 formschlüssig eingreift.
Um in den fünften Gang umzuschalten, wird wiederum die Trommel 20 so gedreht, dass sie die Schaltstange 53 nach rechts verschiebt, wobei beim Durchgang des Nockens 22 durch die Neutralstellung die Schaltstange 53 wiederum gedreht wird, um den Finger 55 von der Schaltgabel 48 zu lösen und ihn stattdessen an der Schaltgabel 45 in den Eingriff zu bringen. So gelangt die Schaltmuffe 43 in Eingriff am Losrad 37.
Um den sechsten Gang einzulegen, wird erneut die Drehrichtung des Stellmotors 26 umgekehrt, so dass dieser die Schaltmuffe 43 nach links verschiebt, bis sie am Losrad 38 eingreift.
Ausgehend von der Konfiguration der 2 kann die Schaltstange 53 auch im Uhrzeigersinn gedreht werden, so dass der Finger 54 an der Schaltgabel 51 in Eingriff kommt und durch Verschieben der Schaltmuffe 50 nach rechts in 1 der Rückwärtsgang eingelegt wird.
Ein Umschalten zwischen nicht unmittelbar aufeinanderfolgenden Gängen ist ohne weiteres möglich, wobei allerdings, wenn jeweils ein Gang übersprungen wird, ein Wechsel der Drehrichtung des Stellmotors bei Erreichen der Neutralstellung nötig ist. Zum Beispiel kann, wenn der zweite Gang eingelegt ist, zunächst die Schaltstange 53 mit in die Schaltgabel 44 eingreifenden Finger 54 nach rechts verschoben werden, um den zweiten Gang auszulegen und die Schaltmuffe 42 in ihre Neutralstellung zu bringen, und dann der Finger 55 in Eingriff mit der Schaltgabel 48 geschwenkt werden und die Schaltstange 53 nach links zurückgeschoben werden, um den Eingriff zwischen der Schaltmuffe 49 und dem Losrad 46 herzustellen.
Wie man leicht sieht, ist das oben beschriebene Prinzip der sukzessiven Steuerung von Gangwahl und Schließen der Reibkupplung 59 ohne weiteres auf andere Getriebebauformen übertragbar. So könnte z. B. in 1 die Nebenwelle 34 weggelassen werden, um ein Viergang-Getriebe zu erhalten, oder die Gangzahl könnte durch Hinzufügen weiterer Radsätze und Sperrsynchronisiereinrichtungen an einer oder beiden Nebenwellen 33, 34 und ggf. von Fingern an der Schaltstange 53 erhöht werden.
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.
Bezugszeichenliste

1: Antriebswelle
2: Kupplungsscheibe
3: Hauptwelle
4: Kupplungsscheibe
5: Träger
6: Wälzlager
7: Öffnung
8: Halterung
9: Bohrung
10: Wälzkörper
11: Kulisse
12: Wälzlager
13: Ring
14: Wälzkörper
15: Ring
16: Flansch
17: Verzahnungssektor
18: Zahnrad
19: Welle
20: Trommel
21: Kulisse
22: Nocken
23: Abschnitt von 21
24: Abschnitt von 21
25: Abschnitt von 21
26: Stellmotor
27: Gewindeschnecke
28: Zahnrad
29: Zahnrad
30: Zahnrad
31: Zahnrad
32: Zahnrad
33: Nebenwelle
34: Nebenwelle
35: Losrad
36: Losrad
37: Losrad
38: Losrad
39: Abtriebsritzel
40: Sperrsynchronisiereinrichtung
41: Sperrsynchronisiereinrichtung
42: Schaltmuffe
43: Schaltmuffe
44: Schaltgabel
45: Schaltgabel
46: Losrad
47: Losrad
48: Schaltgabel
49: Schaltmuffe
50: Schaltmuffe
51: Schaltgabel
52: Losrad
53: Schaltstange
54: Finger
55: Finger
56: Aussparung
57: zentraler Abschnitt
58: Steigungsabschnitt
59: Reibkupplung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2008/0134819 A1 [0001]

Claims

Schaltgetriebe mit einer Hauptwelle (3), wenigstens einer Nebenwelle (33), wenigstens zwei Schaltmuffen (42, 43), einer Mehrzahl von jeweils einen Gang des Getriebes darstellenden Radsätzen (28 + 35, 29 + 36, 30 + 37, 32 + 38), von deren auf Haupt- und Nebenwellen (3, 33) verteilten Rädern jeweils wenigstens eines ein Losrad (35, 36, 37, 38) ist, das durch eine der Schaltmuffen (42, 43) an die es tragende Welle (33) ankuppelbar ist, einer Rotations-Translations-Wandlerbaugruppe mit einem um eine Achse schwenkbaren Antriebsteil und einem von einer Schwenkbewegung des Antriebsteils in Translation angetriebenen Abtriebsteil, und einem Auswahlmechanismus (53, 54, 55) zum Koppeln jeweils einer der Schaltmuffen (42, 43) an das Abtriebsteil.
Schaltgetriebe nach Anspruch 1, bei dem das Antriebsteil eine um eine Achse drehbare erste Kulisse (21) und das Abtriebsteil einen mit der ersten Kulisse (21) formschlüssig zusammenwirkenden und von einer Drehung der ersten Kulisse (21) in Translation angetriebenen ersten Nocken (22) umfasst.
Schaltgetriebe nach Anspruch 1, bei dem das Abtriebsteil eine um eine Achse drehbare erste Kulisse und das Antriebsteil einen mit der ersten Kulisse formschlüssig zusammenwirkenden und von einer Drehung der ersten Kulisse in Translation angetriebenen ersten Nocken umfasst
Schaltgetriebe nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem wenigstens eine erste (42) der Schaltmuffen (42, 43) zwischen einem ersten und einem zweiten Losrad (35, 36) angeordnet ist, die erste Kulisse (21) wenigstens einen sich schraubenlinienförmig um die Achse erstreckenden Abschnitt (25) aufweist und, wenn der Auswahlmechanismus (53, 54, 55) diese erste Schaltmuffe (42) an den ersten Nocken (22) koppelt, die Schaltmuffe (42) immer dann das erste Losrad (35) an die es tragende Welle (33) ankuppelt, wenn der erste Nocken (22) sich an einem ersten Ende des schraubenlinienförmigen Abschnitts (25) befindet, und die Schaltmuffe (42) immer dann das zweite Losrad (36) an die es tragende Welle (33) ankuppelt, wenn der erste Nocken (22) sich an einem zweiten Ende des schraubenlinienförmigen Abschnitts (25) befindet.
Schaltgetriebe nach Anspruch 4, bei dem an den schraubenlinienförmigen Abschnitt (25) der ersten Kulisse (21) an dessen beiden Enden jeweils ein in Umfangsrichtung um die Achse verlaufender Abschnitt (23, 24) anschließt.
Schaltgetriebe nach Anspruch 5, mit einer Reibkupplung (59) zum Verbinden der Hauptwelle (3) mit einer Antriebswelle (1), wobei ein Stellgetriebe (8–15) der Reibkupplung (59) an die erste Kulisse (21) gekoppelt ist, so dass die Reibkupplung (59) offen ist, wenn der erste Nocken (22) sich an einem Ende des schraubenlinienförmigen Abschnitts (25) der ersten Kulisse (21) befindet, und die Reibkupplung (59) geschlossen ist, wenn der erste Nocken (22) sich an einem vom schraubenlinienförmigen Abschnitt (25) abgewandten Ende eines der in Umfangsrichtung um die Achse verlaufenden Abschnitte (23, 24) der ersten Kulisse (21) befindet.
Schaltgetriebe nach Anspruch 6, bei dem das Stellgetriebe (8–15) der Reibkupplung (59) eine zweite Kulisse (11) und einen mit der zweiten Kulisse (11) formschlüssig zusammenwirkenden zweiten Nocken (10) umfasst, wobei der zweite Nocken (10) dann in einen schraubenlinienförmigen Abschnitt (58) der zweiten Kulisse (11) eingreift, wenn der erste Nocken (22) in einen in Umfangsrichtung verlaufenden Abschnitt (23, 24) der ersten Kulisse (21) eingreift.
Schaltgetriebe nach Anspruch 7, bei dem die zweite Kulisse (11) sich um die Hauptwelle (3) erstreckt.
Schaltgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine zweite Schaltmuffe (43) zwischen einem dritten und einem vierten Losrad (37, 38) angeordnet ist und wobei die von den Radsätzen (28 + 35, 29 + 36) des ersten und des zweiten Losrads (35, 36) dargestellten Gänge unmittelbar aufeinanderfolgende Übersetzungsverhältnisse aufweisen und die von den Radsätzen (30 + 37, 32 + 38) des dritten und des vierten Losrads (37, 38) dargestellten Gänge unmittelbar aufeinanderfolgende Übersetzungsverhältnisse aufweisen.
Schaltgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Losräder (35, 37) von ungeradzahlige Gänge darstellenden Radsätzen (28 + 35, 30 + 37) jeweils an einer gleichen ersten Seite der diese Losräder (35, 37) an ihre Wellen (33) ankuppelnden Schaltmuffen (42, 43) angeordnet sind und die die Losräder (36, 38) von geradzahlige Gänge darstellenden Radsätzen (29 + 36, 32 + 38) jeweils an einer gleichen zweiten Seite der diese Losräder (36, 38) an ihre Wellen (33) ankuppelnden Schaltmuffen (42, 43) angeordnet sind.
Schaltgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Auswahlmechanismus (53, 54, 55) eine von dem ersten Nocken (22) in Translation angetriebene Schaltstange (53) und jeweils an einer der Schaltmuffen (42, 43) angreifende Schaltgabeln (44, 51, 45, 48) umfasst, wobei die Schaltstange (53) um eine zur Translationsrichtung parallele Achse zwischen Stellungen drehbar ist, in denen jeweils eine der Schaltgabeln (44, 51, 45, 48) an die Translation der Schaltstange (53) gekoppelt ist.
Schaltgetriebe nach Anspruch 11, bei der die Schaltgabeln (44, 51, 45, 48) jeweils eine Aussparung (56) aufweisen, in die in einer der Stellungen ein Finger (54, 55) der Schaltstange (53) eingreift.
Schaltgetriebe nach Anspruch 12, bei dem der Finger (54, 55) zwischen den Aussparungen (56) von wenigstens zwei Schaltgabeln (44, 51, 45, 48) bewegbar ist.
Schaltgetriebe nach Anspruch 12 oder 13, bei dem mehrere Finger (54, 55) an der Schaltstange (53) axial beabstandet sind und die Zahl der Finger (54, 55) der Zahl der Schaltmuffen (42, 43) an einer der Wellen (33) entspricht.
Schaltgetriebe nach Anspruch 14, bei dem zwei Schaltgabeln (45, 48), deren Aussparungen (56) für einen gleichen Finger (55) der Schaltstange (53) erreichbar sind, Schaltmuffen (43, 49) auf verschiedenen Wellen, insbesondere auf verschiedenen Nebenwellen (33, 34), steuern.