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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltanordnung für ein Kraftfahrzeuggetriebe, mit einem Gehäuse, das eine Längsachse definiert, mit einer Stange, die in Bezug auf das Gehäuse axial verschieblich gelagert ist und die mit einer Schaltkupplungsanordnung koppelbar ist, und mit einer Schaltwelle, die in Bezug auf das Gehäuse verdrehbar gelagert ist und die quer zu der Längsachse ausgerichtet ist, wobei die Schaltwelle mit der Stange mittels wenigstens einer Mitnehmereinrichtung gekoppelt ist, derart, dass die Stange bei einer Verdrehung der Schaltwelle in einer ersten Drehrichtung in einer ersten Längsrichtung verschoben werden kann, wobei die Mitnehmereinrichtung einen Schaltnocken an der Schaltwelle und einen Nockenfolgerabschnitt an der Stange aufweist, wobei der Schaltnocken bei Verdrehung der Schaltwelle in der ersten Drehrichtung an dem Nockenfolgerabschnitt der Stange angreifen kann, um diese in der ersten Längsrichtung um einen vorbestimmten Schaltweg zu versetzen, wobei die Mitnehmereinrichtung so ausgebildet ist, dass der Schaltnocken und der Nockenfolgerabschnitt am Ende des vorbestimmten Schaltweges außer Eingriff gelangen, so dass die Schaltwelle in der ersten Drehrichtung weiterdrehbar ist.
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Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betätigen einer Schaltkupplungsanordnung eines Kraftfahrzeuggetriebes, insbesondere mittels einer Schaltanordnung der oben bezeichneten Art.
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Auf dem Gebiet der Kraftfahrzeuggetriebe ist es bekannt, Gangstufen eines solchen Getriebes automatisiert ein- und auszulegen. Kraftfahrzeuggetriebe, die als Stufengetriebe in Vorgelegebauweise ausgebildet sind, beinhalten eine Mehrzahl von Schaltkupplungen, die jeweiligen Gangstufen zugeordnet sind. Die Schaltkupplungen sind jeweils dazu ausgelegt, eine Welle des Getriebes mit einem der Gangstufe zugeordneten Losrad zu verbinden. Die Schaltkupplungen können bspw. als Synchron-Schaltkupplungen ausgebildet sein.
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Ferner ist es bekannt, zwei derartiger Schaltkupplungen von benachbarten Losrädern in eine Schaltkupplungsanordnung zu integrieren, die mittels einer einzelnen Schaltmuffe betätigbar ist. In manchen Fällen kann eine Schaltkupplungsanordnung auch nur eine Schaltkupplung beinhalten.
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Das Einlegen einer Zielgangstufe in einem solchen Kraftfahrzeuggetriebe beinhaltet demzufolge zunächst den Schritt, eine solche Schaltkupplungsanordnung anzuwählen (Wählbewegung), und anschließend eine Schaltmuffe einer solchen Schaltkupplungsanordnung axial zu versetzen (Schaltbewegung).
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Um diese zwei Arten von Bewegungen zu realisieren, ist es bekannt, jeder Schaltkupplungsanordnung eine Schaltstange zuzuordnen. Hierbei wird ferner eine Schaltwelle vorgesehen, die einen Schaltfinger aufweist. Durch Verdrehen der Schaltwelle wird der Schaltfinger in eine Mitnehmerausnehmung von einer der Schaltwellen eingeführt (Wählbewegung). Durch axiales Versetzen der Schaltwelle wird die angewählte Schaltstange axial versetzt (Schaltbewegung). Dabei ist es auch bekannt, die Schaltwelle quer zu der Schaltstange anzuordnen. Hierbei erfolgt ein Wählvorgang durch ein axiales Versetzen der Schaltwelle, und ein Schaltvorgang erfolgt durch Verdrehen der Schaltwelle.
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Für die Dreh- und die Axialbewegung der Schaltwelle ist eine aufwändige Aktuatorik erforderlich, die in der Regel zwei Aktuatormotoren beinhaltet.
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Ferner ist es bekannt, zum Betätigen von Schaltkupplungsanordnungen sog. Schaltwalzen zu verwenden. Diese beinhalten an ihrem Außenumfang den Schaltkupplungsanordnungen zugeordnete Schaltkonturen, in die Mitnehmersteine eingreifen, die jeweils mit einer Schaltmuffe gekoppelt sind. Nachteilig ist es bei derartigen Schaltanordnungen, dass die Gangstufen nur rein sequentiell eingelegt werden können. Mehrfachschaltungen (Schaltungen über mehr als zwei Gangstufen hinweg) dauern folglich relativ lange, was als unkomfortabel empfunden wird. Vorteilhaft ist hingegen, dass eine Schaltwalze nur einen Antriebsmotor benötigt.
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Auf dem Gebiet der Doppelkupplungsgetriebe ist es bekannt, jedem der Teilgetriebe eine eigene Schaltwalze mit einem eigenen Antrieb zuzuordnen. Durch diese Maßnahme können Mehrfachschaltungen in deutlich kürzerer Zeit ausgeführt werden. Allerdings sind wiederum zwei unabhängig voneinander ansteuerbare Aktuatormotoren für die jeweiligen Schaltwalzen erforderlich.
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Bei Doppelkupplungsgetrieben, die eine Eingangswellenanordnung und zwei parallele Ausgangswellen aufweisen, an denen jeweils Gangstufen des einen wie des anderen Teilgetriebes angeordnet sind, sind hierbei zudem aufwändige Verbindungselemente (sog. Linkages) vorzusehen, die den Abstand zwischen einer Schaltwalze und einer entfernt liegenden Antriebswelle überbrücken.
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Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2004 006 807 A1 ist eine Betätigungsvorrichtung zur Realisierung von Schaltungen eines Getriebes eines Kraftfahrzeuges bekannt, vorzugsweise der Schaltungen eines Doppelkupplungsgetriebes, mit mindestens einer rotatorisch bewegbaren Schaltwelle, wobei die Schaltwelle mindestens eine definierte Schaltkontur zur Betätigung mindestens einer Schaltschiene aufweist, und wobei Schaltzeiten und Kosten dadurch minimiert sind, dass mehrere Schaltschienen vorgesehen sind und dass die Schaltwelle für jede Schaltschiene jeweils eine definierte Schaltkontur aufweist.
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Aus den älteren deutschen Anmeldungen
DE 10 2013 104 552 A1 und
DE 10 2013 018 103 A1 , die jeweils einen Stand der Technik gemäß §3(2) Deutsches Patentgesetz bilden, ist es ferner bekannt, anstelle von Schaltstangen sog. Schubstangen vorzusehen, von denen jeweils zwei so miteinander gekoppelt sind, dass sie zwangsweise gegensinnig in axialer Richtung verschiebbar sind. Nur eine der zwei Stangen ist dabei mir einer jeweiligen Schaltkupplungsanordnung gekoppelt. Die Schubbewegung erfolgt über einen Spindelantrieb mit einer Mutter, an der ein Schaltfinger zum axialen Versetzen jeweils einer Schubstange festgelegt ist.
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Ferner ist es aus der älteren deutschen Anmeldung
DE 10 2014 103 523 A1 , die einen Stand der Technik der gemäß §3(2) Deutsches Patentgesetz bildet, bekannt, bei einer Schaltanordnung mit einer Stange und einer Schaltwelle eine Mitnehmereinrichtung als Freilauf-Mitnehmereinrichtung auszubilden, so dass die Stange bei einer Verdrehung der Schaltwelle in einer Schaltrichtung bewegt wird und bei einer Verdrehung der Schaltwelle in der entgegengesetzten Drehrichtung von der Schaltwelle entkoppelt ist.
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Vor dem obigen Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Schaltanordnung für ein Kraftfahrzeuggetriebe sowie ein verbessertes Verfahren zum Betätigen einer Schaltkupplungsanordnung eines Kraftfahrzeuggetriebes anzugeben.
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Die obige Aufgabe wird bei der eingangs genannten Schaltanordnung dadurch gelöst, dass die Mitnehmereinrichtung eine Freilauf-Mitnehmereinrichtung ist, die so ausgebildet ist, dass die Stange bei einer Verdrehung der Schaltwelle in einer zweiten Drehrichtung von der Schaltwelle entkoppelt ist.
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Ferner wird die obige Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Betätigen einer Schaltkupplungsanordnung eines Kraftfahrzeuggetriebes mittels einer Schaltanordnung der erfindungsgemäßen Art, mit den Schritten, die Schaltkupplungsanordnung zu schalten, indem die Schaltwelle in der ersten Drehrichtung verdreht wird, wobei der Schaltnocken die Stange in axialer Richtung um einen vorbestimmten Schaltweg verschiebt, um eine Gangstufe der Schaltkupplungsanordnung einzulegen, und die Schaltwelle in der ersten Drehrichtung weiterzudrehen, insbesondere, um eine weitere Gangstufe anzuwählen.
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Bei dem Weiterdrehen der Schaltwelle wirkt der Schaltnocken folglich nicht auf die Stange, die sich in der erreichten Schaltstellung ohnehin an einem Anschlag befinden kann. Das Weiterdrehen der Schaltwelle ermöglicht es jedoch, weitere Funktionen der Schaltanordnung auszuüben, bspw. eine weitere Gangstufe anzuwählen. Mit dem Anwählen einer weiteren Gangstufe kommt dabei bspw. ein weiterer Schaltnocken der Schaltwelle mit einer weiteren Stange in Eingriff. Jeder Schaltnocken ist dabei vorzugsweise dazu ausgelegt, eine Stange aus einer Neutralposition um den vorbestimmten Schaltweg in eine Schaltposition zu versetzen, in der eine Gangstufe des Kraftfahrzeuggetriebes eingelegt ist. Jeder Schaltnocken ist vorzugsweise auch dazu ausgelegt, eine Stange aus einer Schaltposition in die Neutralposition zu versetzen.
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Die Schaltanordnung ist folglich besonders vielfältig verwendbar. Zudem kann ggf. eine weitere Gangstufe schnell angewählt werden. Daher ist die Schaltanordnung generell dazu ausgelegt, zeitkritische Schaltungen sehr schnell auszuführen, bspw. auch bei Mehrfachschaltungen, also bei einem Schaltvorgang von einer Quellgangstufe in eine Zielgangstufe, die nicht unmittelbar benachbart zu der Quellgangstufe ist.
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Zudem lässt sich die erfindungsgemäße Schaltanordnung mit geringem Bauraum realisieren. Durch die Anordnung der Schaltwelle quer zu der axial verschieblichen Stange können Schaltnocken der Schaltanordnung nahe an ihren zugeordneten Stangen sein. Daher sind Überbrückungsglieder (”linkages”) auch bei Getrieben mit zwei Ausgangswellen in der Regel nicht erforderlich.
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Die Schaltanordnung kann zudem fertigungs- und montagetechnisch einfach realisiert werden, da sie mit wenigen Bauteilen auskommt und vergleichsweise einfach in ein Getriebegehäuse integrierbar ist.
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Die Ausgestaltung der Mitnehmereinrichtung derart, dass der Schaltnocken und der Nockenfolgerabschnitt am Ende des vorbestimmten Schaltweges außer Eingriff gelangen, kann vorzugsweise durch Einstellen von Konturen bzw. Längen von Nockenfolgerabschnitt und Schaltnocken realisiert werden. Insbesondere ist der Schaltnocken so dimensioniert und weist eine solche Höhe auf, dass er am Ende des vorbestimmten Schaltweges bei Weiterdrehen der Schaltwelle in der ersten Drehrichtung unter dem Nockenfolgerabschnitt bzw. unter der Stange hindurch tauchen kann.
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Der Schaltnocken ist dabei vorzugsweise starr an der Schaltwelle festgelegt. Sofern der Schaltnocken in Bezug auf die Schaltwelle beweglich ausgestaltet ist, könnte diese Beweglichkeit (insbesondere radiale Beweglichkeit) auch dazu verwendet werden, um ein Weiterdrehen der Schaltwelle in der ersten Drehrichtung zu unterstützen. Gegebenenfalls könnte zu diesem Zweck eine geeignete Kontur an dem Nockenfolgerabschnitt ausgebildet sein.
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Die Aufgabe wird somit vollkommen gelöst.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform beinhaltet die Schaltanordnung eine zweite Stange, die in Bezug auf das Gehäuse axial axial verschieblich gelagert ist und die mit einer zweiten Schaltkupplungsanordnung koppelbar ist, wobei die Schaltwelle mit der zweiten Stange mittels einer zweiten Mitnehmereinrichtung gekoppelt ist, derart, dass die Stange bei einer Verdrehung der Schaltwelle in einer ersten Drehrichtung in einer ersten Längsrichtung verschoben werden kann, wobei die zweite Mitnehmereinrichtung einen zweiten Schaltnocken aufweist, der an der Schaltwelle in Bezug auf den ersten Schaltnocken in Querrichtung (d. h. in Längsrichtung der Schaltwelle) und in Umfangsrichtung der Schaltwelle versetzt angeordnet ist.
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Besonders bevorzugt ist es, wenn eine Schaltanordnung für ein Kraftfahrzeug mit sechs oder mehr Vorwärtsgangstufen und wenigstens einer Rückwärtsgangstufe eine Mehrzahl von Stangen aufweist, die mit jeweiligen Schaltkupplungsanordnungen koppelbar sind. Eine Schaltwelle dient in diesem Fall vorzugsweise zur Betätigung sämtlicher Stangen und weist für jede Stange einen zugeordneten Schaltnocken auf, wobei die Schaltnocken in Längsrichtung der Schaltwelle und in Umfangsrichtung der Schaltwelle versetzt angeordnet sind.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Mitnehmereinrichtung eine Freilauf-Mitnehmereinrichtung, die so ausgebildet ist, dass die Stange bei einer Verdrehung der Schaltwelle in einer zweiten Drehrichtung von der Schaltwelle entkoppelt ist.
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Die erfindungsgemäße Schaltanordnung ermöglicht durch die Freilauf-Mitnehmereinrichtung, dass eine Schaltwelle in einer Drehrichtung zum Anwählen einer Schaltkupplungsanordnung verdreht wird, und in der entgegengesetzten Richtung zum Schalten der angewählten Schaltkupplungsanordnung verdreht wird. Daher ist es generell möglich, die Schaltanordnung mittels nur einem einzelnen Aktuatorantrieb zu realisieren, auch wenn es aus übergeordneten Gründen in manchen Ausführungsformen vorteilhaft sein kann, zwei Schaltwellen mit jeweiligem Aktuatormotor vorzusehen.
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Vorzugsweise weist die Schaltanordnung eine Mehrzahl von Stangen auf, die parallel zueinander in Bezug auf das Gehäuse axial verschieblich gelagert sind und die mit jeweiligen Schaltkupplungsanordnungen koppelbar sind. Die Schaltwelle kann in diesem Fall über eine entsprechende Mehrzahl von Freilauf-Mitnehmereinrichtungen mit den jeweiligen Stangen gekoppelt sein. Bei einer Verdrehung der Schaltwelle in der zweiten Drehrichtung ist es daher bevorzugt, wenn eine Entkopplung all dieser Stangen von der Schaltwelle realisiert ist. Die an der Schaltwelle vorgesehenen Mittel zur Bildung der Freilauf-Mitnehmereinrichtungen sind vorzugsweise über den Umfang der Schaltwelle verteilt angeordnet, so dass die Freilauf-Mitnehmereinrichtungen bei einer Verdrehung der Schaltwelle in der zweiten Drehrichtung nacheinander in Wirkung kommen, wobei sie für die jeweilige Entkopplung zwischen der Stange und der Schaltwelle sorgen.
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Die Stangen sind vorzugsweise in einer Ebene parallel nebeneinander ausgerichtet.
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Sofern die Mitnehmereinrichtungen als Freilauf-Mitnehmereinrichtungen ausgebildet sind, sind Wählvorgänge folglich in der Regel durch Antreiben der Schaltwelle in der zweiten Drehrichtung möglich. Durch geeignete Anordnung der Schaltnocken an der Schaltwelle kann jedoch in manchen Fällen nach einem Schaltvorgang ein Wählvorgang und ein anschließender Schaltvorgang durchgeführt werden, indem die Schaltwelle in einer ersten Drehrichtung weitergedreht wird. Derartige Vorgänge sind insbesondere in Doppelkupplungsgetrieben von Vorteil, in denen zwei Gangstufen gleichzeitig eingelegt werden (insbesondere Gangstufen unterschiedlicher Teilgetriebe).
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Von besonderem Vorzug ist es, wenn die Schaltwelle mittels der Mitnehmereinrichtung die Stange ausschließlich in der ersten Längsrichtung verschieben kann, so dass die Stange als Schubstange ausgebildet ist.
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Für diesen Fall ist es bevorzugt, wenn die Schaltanordnung eine Rückholeinrichtung aufweist, mittels der die Stange in der entgegengesetzten zweiten Längsrichtung verschiebbar ist.
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Die Rückholeinrichtung kann auf verschiedene Art und Weise realisiert werden, bspw. unter Verwendung von Federn oder dergleichen.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die Schaltanordnung eine Koppelstange auf, die in Bezug auf das Gehäuse axial verschieblich gelagert ist, wobei die Stange und die Koppelstange über eine Koppeleinrichtung miteinander gekoppelt sind, die so ausgebildet ist, dass die Stange und die Koppelstange zwangsweise gegensinnig in axialer Richtung verschiebbar sind.
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Diese Ausführungsform ermöglicht es, die Stange und die Koppelstange jeweils als Schubstange auszubilden, die mittels jeweiliger Mitnehmereinrichtungen so mit der Schaltwelle gekoppelt sind, dass sie bei einer Verdrehung der Schaltwelle in der ersten Drehrichtung jeweils in der ersten Längsrichtung verschoben werden können. Ein Verschieben der Stange in der ersten Längsrichtung führt aufgrund der Koppeleinrichtung zwangsweise zu einem Verschieben der Kopelstange in der zweiten Längsrichtung, und umgekehrt.
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Es versteht sich, dass die Mitnehmereinrichtungen an der Schaltwelle so anzuordnen sind, dass ein gleichzeitiges Betätigen der Stange und der Koppelstange zum Zwecke des Gangeinlegens ausgeschlossen ist.
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Während im Stand der Technik sog. Schaltstangen jeweils einem Schaltkupplungspaket, also in der Regel zwei Gangstufen zugeordnet sind, ermöglicht die vorliegende Erfindung, jeder Gangstufe funktionell eine eigene Stange zuzuordnen. Wegen der Koppeleinrichtung, die für die zwangsweise gegensinnige Verschiebbarkeit sorgt, ist es dabei lediglich notwendig, eine der Stangen mit der Schaltkupplungsanordnung zu koppeln.
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Von besonderem Vorzug ist es, wie erwähnt, wenn auch die Koppelstange über eine weitere Freilauf-Mitnehmereinrichtung (Koppel-Freilauf-Mitnehmereinrichtung) mit der Schaltwelle gekoppelt ist.
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Vorzugsweise ist für jede Schaltkupplungsanordnung, die zwei Gangstufen des Kraftfahrzeuggetriebes zugeordnet ist, jeweils ein Paar von Schubstangen vorgesehen, die jeweils eine Stange und eine Koppelstange beinhalten. Im Folgenden sollen sich Bezugnahmen auf eine Stange alternativ auf eine Stange oder eine Koppelstange beziehen, sofern nicht ausdrücklich anderes erwähnt ist.
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Der Nockenfolgerabschnitt der Stange ist vorzugsweise in einem Endbereich der Stange vorgesehen, der der Schaltwelle zugewandt ist.
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Die Freilauffunktion der Freilauf-Mitnehmereinrichtung kann auf verschiedene Art und Weise erfolgen. Zum einen ist es möglich, an der Stange ein Merkmal vorzusehen, das für die Freilaufeigenschaft vorgesehen ist, und/oder an der Schaltwelle ein Merkmal vorzusehen, das zu der Freilaufeigenschaft beiträgt.
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Demzufolge ist es gemäß einer Ausführungsform bevorzugt, wenn der Nockenfolgerabschnitt beweglich in Bezug auf einen Grundkörper der Stange gelagert ist, derart, dass der Nockenfolgerabschnitt bei Verdrehung der Schaltwelle in der zweiten Drehrichtung von dem Schaltnocken bewegbar ist, ohne die Stange in axialer Richtung zu verschieben.
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Der Nockenfolgerabschnitt ist folglich derart beweglich in Bezug auf die Stange gelagert, dass dieses bei einer Bewegung der Schaltwelle in der zweiten Drehrichtung eine Ausweichbewegung vollziehen kann, so dass der Schaltnocken vorzugsweise keinen Einfluss auf die Axialposition der Stange hat.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Schaltnocken beweglich an der Schaltwelle gelagert, derart, dass der Schaltnocken bei Verdrehung der Schaltwelle in der zweiten Drehrichtung insbesondere von der Stange bewegbar ist, ohne die Stange in axialer Richtung zu verschieben.
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Bei dem beweglichen Nockenfolgerabschnitt ist es bevorzugt, wenn dieser verschwenkbar in Bezug auf die Stange ausgebildet ist, wobei die Verschwenkachse vorzugsweise parallel zu der Schaltwelle verläuft.
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Ferner ist es hierbei bevorzugt, wenn die Stange bzw. deren Nockenfolgerabschnitt so innerhalb des Getriebes ausgerichtet sind, dass der Nockenfolgerabschnitt aufgrund von Gravitationskräften in eine Grundposition gelangt, bei der er mit der Stange ausgerichtet ist, so dass Schubkräfte von dem Schaltnocken über den Nockenfolgerabschnitt auf die Stangen übertragen werden können, wenn die Schaltwelle in der ersten Drehrichtung verdreht wird.
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Bei dem beweglich gelagerten Schaltnocken ist es bevorzugt, wenn dieser mittels einer Feder in eine Nockenposition vorgespannt ist, wobei die Feder bei einem Verdrehen der Schaltwelle in der zweiten Drehrichtung von dem an der Stange angreifenden Schaltnocken komprimiert werden kann, so dass der Schaltnocken eine Ausweichbewegung vollziehen kann. Vorzugsweise erfolgt diese Ausweichbewegung in radialer Richtung.
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In einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass der Nocken in Abhängigkeit von der Drehposition der Schaltwelle aktiv oder passiv so bewegt wird (bspw. mittels einer gehäusefesten Rückholrampe), dass er vor einem Einleiten einer Drehbewegung in der ersten Drehrichtung sicher wieder in die Nockenposition gelangt, bei der der Schaltnocken eine Schubbewegung auf die zugeordnete Stange ausüben kann.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Schaltanordnung zur Betätigung von Gangstufen eines Doppelkupplungsgetriebes ausgelegt, wobei das Doppelkupplungsgetriebe zwei Teilgetriebe aufweist.
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Bei einem Doppelkupplungsgetriebe mit zwei Teilgetrieben kann die Funktionalität der vorliegenden Erfindung, wonach die Schaltwelle nach Versetzen einer Stange um einen vorbestimmten Schaltweg, weitergedreht werden kann, dazu verwendet werden, um bspw. eine Gangstufe in dem anderen Teilgetriebe einzulegen.
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Ferner ist es bei dieser Ausgestaltung von Vorteil, wenn an der Schaltwelle wenigstens ein Neutralnocken ausgebildet ist, der in Bezug auf einen Schaltnocken der Schaltwelle so angeordnet ist, dass er, bei einem Verdrehen der Schaltwelle in der ersten Drehrichtung zum Einlegen einer Gangstufe eines Teilgetriebes, eine Stange, die einer anderen Gangstufe des gleichen Teilgetriebes zugeordnet ist, in eine Neutralposition versetzt.
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Durch diese Maßnahme kann eine Schaltzeitverbesserung bei Schaltungen im gleichen Teilgetriebe erzielt werden. Insbesondere ist es bei Mehrfachschaltungen nicht notwendig, vor dem Einlegen einer Zielgangstufe in einem Teilgetriebe eine Quellgangstufe vorab durch Verschieben der der Quellgangstufe zugeordneten Stange mittels eines Schaltnockens auszulegen. Vielmehr kann bei einem Einlegevorgang der Zielgangstufe, bei dem ein Schaltnocken die der Zielgangstufe zugeordnete Stange in der ersten Längsrichtung versetzt, durch den Neutralnocken dafür gesorgt werden, dass wenigstens eine Gangstufe des gleichen Teilgetriebes ausgelegt werden.
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Der Neutralnocken kann dabei radial kürzer als der Schaltnocken ausgebildet sein, so dass er bei der Schaltbewegung nach dem Erreichen der Neutralposition der Stange unter der Stange ”durchtaucht”, ohne diese weiter in Schaltrichtung (erster Längsrichtung) zu bewegen. Der Neutralnocken kann auch so breit sein, dass er sowohl die Gangschaltstange als auch die damit gekoppelte Schaltstange überstreicht. Sobald daher solch ein Neutralnocken bei der Schaltdrehrichtung entweder die Gangschaltstange oder die zugeordnete weitere Schaltstange erreicht, werden beide Stangen in Neutralstellung geschoben und der damit gerade eingelegte Gang ausgelegt. Da sich mit anderen Worten die korrespondierenden Stangen bei gleichzeitiger Betätigung durch den Neutralnocken aufeinander zu bewegen und sich in neutral treffen (müssen), ist sichergestellt, dass durch den Neutralnocken nicht versehentlich ein Gang eingelegt werden kann.
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Ein Neutralnocken kann insbesondere dazu verwendet werden, um eine Stange aus einer Gangposition in eine Neutralposition zu versetzen, ist jedoch nicht dazu verwendbar, um eine Stange aus einer Neutralposition in eine Schalt- bzw. Gangposition zu versetzen. Im Gegensatz ist ein Schaltnocken der erfindungsgemäßen Art, der am Ende des vorbestimmten Schaltweges von dem Nockenfolgerabschnitt entkoppelt wird, um die Schaltwelle weiterdrehen zu können, dazu in der Lage, eine Stange von einer Schaltposition in eine Neutralposition und von einer Neutralposition in eine Schaltposition zu versetzen.
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Wie bereits oben erwähnt, ist es von Vorteil, wenn die Schaltwelle von einem einzelnen Elektromotor angetrieben ist.
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Die Schaltanordnung kann daher kostengünstig realisiert werden.
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Die Drehposition der Schaltwelle kann bspw. durch einen Inkrementalsensor erfasst werden. Dabei ist es bevorzugt, wenn an der Schaltwelle wenigstens ein Referenzierungsmerkmal vorgesehen ist. In diesem Fall kann bspw. nach einem Reset eines Steuergerätes die Schaltwelle in der zweiten Drehrichtung bewegt werden, bis das Referenzierungsmerkmal angefahren ist, wodurch eine Referenzierung auf einfache Art und Weise durchgeführt werden kann, ohne zwischendurch zwangsweise Gangstufen einlegen zu müssen.
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Das Referenzierungsmerkmal kann ein elektronisches Merkmal (Hall-Sensor oder dergleichen) sein, oder ein mechanisches Merkmal.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Stange als Schubstange ausgebildet, wobei die Mitnehmereinrichtung einen Schaltnocken an der Schaltwelle aufweist, der bei Verdrehen der Schaltwelle in der ersten Drehrichtung an einer axialen Stirnseite der Stange angreift.
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Diese mechanische Ausgestaltung ermöglicht eine robuste Schubbetätigung der Stange zum Zwecke des Einlegens einer Gangstufe.
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In einer Variante kann der Schaltnocken dabei beweglich an der Schaltwelle gelagert sein.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Stange an einem Grundkörper einen Schaltkupplungs-Betätigungsabschnitt und einen in Bezug auf den Schaltkupplungs-Betätigungsabschnitt verschwenkbaren Abschnitt auf, wobei die axiale Stirnseite, an der der Schaltnocken angreifen kann, an dem verschwenkbaren Abschnitt ausgebildet ist.
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Der verschwenkbare Abschnitt bildet bei dieser Ausführungsform den Nockenfolgerabschnitt für den Schaltnocken und ermöglicht es, dass der verschwenkbare Abschnitt bei einer Verdrehung der Schaltwelle in der zweiten Drehrichtung dem Schaltnocken ausweichen kann, so dass eine Freilauf-Mitnehmereinrichtung auf konstruktive einfache Art und Weise realisiert werden kann.
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Bei einem Doppelkupplungsgetriebe können entweder sämtliche Gangstufen mittels einer einzelnen Schaltwelle bedient werden, wobei jeder Gangstufe vorzugsweise eine eigene Stange in Form einer Schubstange zugeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform kann die Schaltwelle mittels eines einzelnen Antriebsmotors zum Schalten (in der ersten Drehrichtung) und zum Wählen (in der zweiten Drehrichtung) realisiert werden.
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Die Schaltwelle weist vorzugsweise einen Schaltnocken für jede Schubstange auf. Die Schaltwelle ist so in Bezug auf die Stange bzw. die Stangen ausgerichtet, dass eine Achse der Schaltwelle quer, insbesondere senkrecht, zu der Erstreckung der Stange bzw. der Stangen ausgerichtet ist, insbesondere windschief hierzu.
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In einer bevorzugten Variante befindet sich ein Nockenfolgerabschnitt der Stange zumindest in einer Neutralposition im Bereich eines Umkreises des Schaltnockens der Schaltwelle, so dass der Schaltnocken an einer axialen Stirnseite der Stange angreifen kann, um diese in der ersten Längsrichtung zu bewegen.
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Mittels eines zusätzlichen Schubstangen-Paares kann ferner eine Park-by-Wire-Funktion im Wesentlichen ohne weiteren Zusatzaufwand dargestellt werden. Die Anzahl der Gangstufen des Kraftfahrzeuggetriebes liegt vorzugsweise in einem Bereich von zwei bis acht, insbesondere in einem Bereich von vier bis sieben, zuzüglich jeweils wenigstens einer Rückwärtsgangstufe.
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Die Anordnung der Schaltnocken auf dem Umfang der Schaltwelle kann unter Berücksichtigung der Schaltstrategie dahingehend optimiert werden, dass möglichst wenige Bewegungen (Drehwinkel) zum Wählen (Bewegen in der zweiten Drehrichtung) erforderlich sind.
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Insgesamt ergeben sich bei geringem Aufwand Verbesserungen hinsichtlich der Schaltzeit und/oder hinsichtlich des Bauraumes und/oder hinsichtlich der Kosten und/oder hinsichtlich des Gewichtes.
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Jede der Stangen hat vorzugsweise drei Längspositionen, nämlich eine Neutralposition, eine Schaltposition, bei der eine der Stange funktional zugeordnete Gangstufe eingelegt ist, und eine Nicht-Schaltposition, wobei die Neutralposition zwischen der Schaltposition und der Nicht-Schaltposition liegt. Die Koppeleinrichtung zwischen einer Stange und einer Koppelstange ist vorzugsweise so ausgelegt, dass die Koppeleinrichtung in einer Position beide Stangen in der Neutralposition hält. Die Koppeleinrichtungen können mit Rastmitteln versehen sein, sofern dies erforderlich ist.
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Ferner können die Stangen jeweils mit Rastmitteln für die drei Positionen ausgestattet sein.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeug-Antriebstranges mit einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltanordnung;
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2 eine Schnittansicht entlang der Linie II-II der 1;
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3 eine der 2 vergleichbare Darstellung, wobei eine Schaltwelle der Schaltanordnung eine Wählbewegung vollzieht;
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4 eine der 3 vergleichbare Darstellung einer Variante der in den 1 bis 3 gezeigten Schaltanordnung;
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5 eine der 2 vergleichbare Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltanordnung;
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6 eine der 3 vergleichbare Darstellung der Schaltanordnung der 5;
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7 eine der 6 vergleichbare Darstellung einer Variante der Schaltanordnung der 5 und 6;
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8 eine der 5 vergleichbare Darstellung der Schaltanordnung der 7;
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9 eine weitere schematische Draufsicht auf eine Schaltanordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
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10 eine Schnittansicht entlang der Linie X-X der 9;
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11 eine Schnittansicht entlang der Linie XI-XI der 9;
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12 eine Schnittansicht entlang der Linie XII-XII der 9;
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13 eine der 2 vergleichbare Darstellung einer erfindungsgemäßen Schaltanordnung bei Anwahl der Vorwärtsgangstufe 3;
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14 die Schaltanordnung der 13 während eines Schaltvorganges in die Gangstufe 3; und
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15 eine der 13 vergleichbare Darstellung bei eingelegter Gangstufe 3.
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In 1 ist ein Antriebstrang für ein Kraftfahrzeug schematisch dargestellt und generell mit 10 bezeichnet. Der Antriebstrang 10 beinhaltet einen Antriebsmotor 12, wie einen Verbrennungsmotor oder eine Hybrid-Antriebseinheit, eine Kupplungsanordnung 14, ein Kraftfahrzeuggetriebe 16 in Form eines Stufengetriebes sowie ein Differential 18, mittels dessen Antriebsleistung auf angetriebene Räder 20L, 20R verteilt werden kann.
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Das Kraftfahrzeuggetriebe 16 ist zusammen mit der Kupplungsanordnung 14 als Doppelkupplungsgetriebe ausgebildet. Die Kupplungsanordnung 14 beinhaltet demzufolge eine erste Reibkupplung 22 für die ungeraden Gangstufen und eine zweite Reibkupplung 24 für die geraden Gangstufen des Getriebes 16. In entsprechender Weise beinhaltet das Getriebe 16 ein erstes Teilgetriebe 26 für die ungeraden Gangstufen und ein zweites Teilgetriebe 28 für die geraden Gangstufen.
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Aus Übersichtsgründen sind nur einige der Gangstufen des Kraftfahrzeuggetriebes 16 dargestellt. Das erste Teilgetriebe 26 beinhaltet eine erste Schaltkupplungsanordnung 30, mittels der bspw. die Gangstufen 1 und 7 schaltbar sind. Ferner beinhaltet das zweite Teilgetriebe 28 eine zweite Schaltkupplungsanordnung 32, mittels der bspw. die Gangstufen 4 und R schaltbar sind. Es versteht sich, dass das erste Teilgetriebe 26 weitere Gangstufen 3, 5 und ggf. 9 aufweisen kann, und das zweite Teilgetriebe 28 weitere Gangstufen 2, 6 und ggf. 8 beinhalten kann.
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Das Kraftfahrzeuggetriebe 16 ist, wie dargestellt, als Stufengetriebe in Vorgelegebauweise ausgeführt, und die Schaltkupplungsanordnungen 30 dienen jeweils zum Verbinden von den Gangstufen zugeordneten Losrädern mit einer jeweiligen Welle. Ein gemeinsamer Ausgang der zwei Teilgetriebe 26, 28 ist mit einem Eingangsglied des Differentials 18 verbunden.
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In 1 ist ferner angedeutet, dass der Antriebstrang 10 ein Gehäuse 34 aufweisen kann, das insbesondere als Getriebegehäuse ausgebildet sein kann. Der Antriebstrang 10 definiert eine Längsachse 36, wobei insbesondere Wellen des Getriebes 16 parallel zu dieser Längsachse 36 angeordnet sind.
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Bei dem Antriebstrang 10 handelt es sich insbesondere um einen automatisierten Antriebstrang. So werden die zwei Reibkupplungen 22, 24 vorzugsweise automatisiert betätigt, mittels geeigneter Aktuatoren, die in 1 jedoch nicht dargestellt sind. Zum Betätigen (d. h. Einlegen und Auslegen) von Gangstufen des Getriebes 16 ist eine Schaltanordnung vorgesehen, die in 1 schematisch dargestellt und mit 40 bezeichnet ist.
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Die Schaltanordnung 40 weist eine Schubstange 42 für die Gangstufe 1 auf. Die Schubstange 42 ist axial verschieblich in Bezug auf das Gehäuse 34 gelagert. Die Schubstange 42 ist in 1 in einer Neutralposition N gezeigt und ist in einer ersten Längsrichtung 44 versetzbar, wodurch die Gangstufe 1 eingelegt wird. Zu diesem Zweck weist die Schubstange 42 einen Schaltkupplungs-Betätigungsabschnitt 46 auf, der über eine Schaltkupplungs-Kopplung 48 mit der ersten Schaltkupplungsanordnung 30 gekoppelt ist.
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Die Schaltanordnung 40 weist eine weitere Schubstange 50 auf (auch als Koppelstange bezeichnet), die der Gangstufe 7 funktional zugeordnet ist, also einer Gangstufe, die der gleichen Schaltkupplungsanordnung 30 zugeordnet ist wie die Gangstufe 1. Die weitere Schubstange 50 ist über eine Koppeleinrichtung 52 mit der Schubstange 42 derart gekoppelt, dass die Stange 42 und die weitere Stange 50 zwangsweise gegensinnig in axialer Richtung verschiebbar sind. Die Koppeleinrichtung 52 ist dabei insbesondere als zweiseitiger Hebel ausgebildet, der einen gehäusefesten Hebelschwenkpunkt aufweist. Ein Versetzen der Schubstange 42 in der ersten Längsrichtung 44 führt folglich zwangsweise mittels der Koppeleinrichtung 52 zu einem Versetzen der weiteren Schubstange 50 in einer zweiten Längsrichtung 54, die entgegengesetzt ist zu der ersten Längsrichtung 44. Sofern die Schubstange 42 aus der in 1 mit durchgezogenen Linien gezeigten Neutralposition N in der ersten Längsrichtung 44 in eine Schaltposition SP bewegt wird, wird die über die Koppeleinrichtung 52 gekoppelte weitere Schubstange 50 in der zweiten Längsrichtung 54 in eine Nicht-Schaltposition NP bewegt.
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Um bspw. nach einem Einlegen der Gangstufe 1, bei der die Schubstange 42 in die Schaltposition SP bewegt ist, diese Schubstange 42 wieder in die Neutralposition N zu bewegen, ist die weitere Schubstange 50 folglich in der ersten Längsrichtung 44 zu bewegen, wodurch die Schubstange 42 mittels der Koppeleinrichtung 52 in der zweiten Längsrichtung 54 in der Richtung der Neutralposition N bewegt wird.
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Diese Ausgestaltung bildet eine Rückholeinrichtung 55 für die Schubstange 42.
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Die Schubstange 42 für die Gangstufe 1 und die weitere Stange 50 für die Gangstufe 7 bilden ein Schubstangen-Paar der Schaltanordnung 40. Für die anderen Gangstufen sind weitere Schubstangen-Paare vorgesehen, nämlich eine Schubstange 42a für die Gangstufe 4 und eine weitere Schubstange 50a für die Gangstufe R, wobei die Schubstangen 42a, 50a über eine Koppeleinrichtung 52a miteinander gekoppelt sind. Ferner beinhaltet die Schaltanordnung 40 eine Schubstange 42b für die Gangstufe 3 und eine weitere Schubstange 50b für die Gangstufe 5, die über eine Koppeleinrichtung 52b miteinander gekoppelt sind. Schließlich beinhaltet die Schaltanordnung 40 eine Schubstange 42c für die Gangstufe 6 und eine weitere Schubstange 50c für die Gangstufe 2, die über eine Koppeleinrichtung 52c miteinander gekoppelt sind. Die Funktionsweise der jeweiligen Schubstangen-Paare ist jeweils identisch. Jedes Schubstangen-Paar ist einem der zwei Teilgetriebe 26, 28 des Getriebes 16 zugeordnet. Die Schubstangen-Paare 42, 50 sowie 42b, 50b sind dem ersten Teilgetriebe 26 zugeordnet. Die Schubstangen-Paare 42a, 50a sowie 42c, 50c sind dem zweiten Teilgetriebe 28 zugeordnet.
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An ihrem in die zweite Längsrichtung 54 weisenden Ende beinhalten die Schubstangen jeweils einen verschwenkbaren Abschnitt 56. Der verschwenkbare Abschnitt 56 weist an seiner axialen Stirnseite einen Nockenfolgerabschnitt 57 auf und ist um eine Schwenkachse 58 verschwenkbar, die quer, insbesondere senkrecht zu der Längsachse 36 ausgerichtet ist.
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Die Schaltanordnung 40 beinhaltet ferner eine Schaltwelle bzw. Nockenwelle 60, die eine Schaltwellenachse 61 aufweist, die ebenfalls quer zu der Längsachse 36 ausgerichtet ist, insbesondere parallel zu den Schwenkachsen 58 der verschwenkbaren Abschnitte 56 der Schubstangen 42, 50.
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Die Schaltwelle 60 ist mittels eines einzelnen Elektromotors 62 bidirektional antreibbar, und zwar entweder in einer ersten Drehrichtung S (Schaltrichtung) und einer zweiten Drehrichtung W (Wählrichtung).
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Alternativ hierzu kann die Schaltwelle 60 durch zwei Schaltwellenabschnitte gebildet sein, die jeweils mittels eigener Elektromotoren angetrieben sind, was in 1 durch einen zweiten Elektromotor 63 angedeutet ist.
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Die Schubstangen 42, 50 sind in einer gemeinsamen Ebene angeordnet, die parallel zu der Schaltwellenachse 61 ausgerichtet ist, insbesondere parallel versetzt hierzu.
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An der Schaltwelle 60 ist eine Mehrzahl von Schaltnocken 64 ausgebildet, die jeweils einer der Schubstangen 42, 50 bzw. einer der Gangstufen des Stufengetriebes zugeordnet sind. Mit anderen Worten sind die Schaltnocken 64, die in 1 mit einem Suffix versehen sind, der der Gangstufe entspricht, denen sie jeweils zugeordnet sind, entlang der Schaltwellenachse 61 so verteilt angeordnet, dass sie jeweils mit der Längserstreckung der ihnen zugeordneten Schubstange 42 bzw. 50 ausgerichtet sind.
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Ferner sind die Schaltnocken 64 über den Umfang der Schaltwelle 60 verteilt angeordnet. In der in 1 gezeigten Draufsicht ist der Schaltnocken 64-4 bspw. nach oben ausgerichtet, und der Schaltnocken 64-1 bspw. nach unten. Ferner ist in 1 schematisch angedeutet, dass der Schaltnocken 64-R an dem Nockenfolgerabschnitt 57 der weiteren Schubstange 50a für die Rückwärtsgangstufe R anliegt. Der Schaltnocken 64-5 ist schräg nach unten gerichtet, und der Schaltnocken 64-3 ist in der Darstellung der 1 unterhalb der zugeordneten Schubstange 42b angeordnet.
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Die verschwenkbaren Abschnitte 56 der Schubstangen 42, 50 sind jeweils über ein schematisch angedeutetes Scharnier 68 oder dergleichen verschwenkbar an einem Grundkörper der jeweiligen Schubstange 42, 50 verschwenkbar angelenkt. Das Scharnier 68 ist dabei so ausgebildet, dass es in Abhängigkeit von der Einbaulage in dem Stufengetriebe 16 dafür sorgt, dass der verschwenkbare Abschnitt 56 aufgrund von Gravitationskräften G generell in einer Lage ist, bei der er mit dem Grundkörper der jeweiligen Schubstange 42, 50 ausgerichtet ist, wie es in 2 dargestellt ist. Anstelle oder zusätzlich zu den Gravitationskräften G können Federn vorgesehen sein, um den verschwenkbaren Abschnitt 56 in die in 2 dargestellte Grundposition zu versetzen.
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In dieser Grundposition liegt der verschwenkbare Abschnitt 56 so an dem Grundkörper der jeweiligen Schaltstange 42, 50 an, dass auf den verschwenkbaren Abschnitt 56 (genauer dessen Nockenfolgerabschnitt 57) ausgeübte Axialkräfte in Richtung der ersten Längsrichtung 44 auf den Grundkörper der jeweiligen Schaltstange 42, 50 übertragen werden können. 2 zeigt eine Position, bei der sich der Schaltnocken 64-R in einer Drehposition befindet, bei der er an dem Nockenfolgerabschnitt 57 der Schubstange 50a für die Rückwärtsgangstufe R anliegt. Ein Verdrehen der Schaltwelle 60 in Schaltrichtung S führt dann zu einem Axialversatz der Schubstange 50a in der ersten Längsrichtung 44, um auf diese Weise aus der in 2 gezeigten Neutralposition N die Rückwärtsgangstufe R einzulegen.
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Zuvor ist die Schubstange 50a der Rückwärtsgangstufe R als jene Schubstange angewählt worden, die einer Zielgangstufe (hier Rückwärtsgangstufe) entspricht. Dies ist durch einen Wählvorgang erfolgt, bei dem die Schaltwelle 60 in einer zweiten Drehrichtung W (Wählrichtung) verdreht worden ist, wie es in 3 dargestellt ist. Hierbei ist die Schaltwelle 60 verdreht worden, bis der Schaltnocken 64-R sich auf der Seite des Nockenfolgerabschnittes 57 der Schubstange 50a befunden hat.
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Auf dem Weg in diese Position ist es bei dem Verdrehen der Schaltwelle 60 in der zweiten Drehrichtung zu einer Anlage des Schaltnockens 64-R an der Unterseite des verschwenkbaren Abschnittes 56 der zugeordneten Schubstange (in 3 beispielhaft 50a gezeigt) gekommen. Genauer zeigt 3 einen Zustand, bei dem der Schaltnocken 64-R aufgrund der Wählbewegung W an der Unterseite des verschwenkbaren Abschnittes 56 der Schubstange 50a angegriffen hat, wodurch der verschwenkbare Abschnitt 56 eine Ausweichbewegung vollzogen hat, die in 3 bei 70 dargestellt ist. Durch diese Auslenkung bzw. Ausweichbewegung 70 hat die Anlage des Schaltnockens 64-R hierbei keinen Einfluss auf die Axialposition der zugeordneten Schubstange 50a. Erst wenn sich der Schaltnocken 64-R in der in 2 gezeigten Position befindet, kann die Drehrichtung der Schaltwelle 60 umgekehrt werden, um eine Schubkraft in der ersten Längsrichtung 44 auf die Schubstange 50a auszuüben.
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Bei dem Wählvorgang kann es in Abhängigkeit davon, wie weit der Ziel-Schaltnocken von der Ziel-Schubstange entfernt ist, auch dazu gekommen sein, dass die Schaltnocken von anderen Gangstufen die verschwenkbaren Abschnitte ihrer zugeordneten Schubstange ausgelenkt haben, wie es in 3 schematisch dargestellt ist.
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Nachdem die jeweilige Gangstufe eingelegt ist (Position R der weiteren Schubstange 50a in 2) bleibt diese Gangstufe eingelegt, bis mittels des Schaltnockens 64-4 eine Schubbewegung auf die gekoppelte Schubstange 42a ausgeübt wird, und zwar mittels des Schaltnockens 64-4. Ausgehend aus der in 2 dargestellten Position ist hierbei die Schaltwelle 60 in der Wählrichtung W so weit zu drehen, bis sich der Schaltnocken 64-4 in der Position befindet, die in 2 dem Schaltnocken 64-R zugeordnet ist.
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Aufgrund der Tatsache, dass nach dem Einlegen einer Gangstufe (beispielhaft Gangstufe R in 2) diese Gangstufe eingelegt bleibt, wenn ein Wählvorgang erfolgt, kann bspw. in dem anderen Teilgetriebe eine weitere Gangstufe eingelegt werden, bspw. die Gangstufe 1, in dem die Schaltwelle 60 zunächst in Wählrichtung bewegt wird, bis der Schaltnocken 64-1 sich in der Position befindet, die in 2 dem Schaltnocken 64-R zugeordnet ist. Anschließend kann die Schaltwelle in Schaltrichtung S bewegt werden, um die Schubstange 42 aus der in 1 gezeigten Neutralposition in die Schaltposition SP zu bewegen, die der Gangstufe 1 zugeordnet ist.
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Aufgrund der Tatsache, dass die Schaltnocken über den Umfang verteilt angeordnet sind, ist es möglich, gezielt jeweils nur eine Schubstange in der ersten Längsrichtung 44 zu bewegen, wobei die anderen Schubstangen während des Überganges einer Schubstange von der Neutralposition N in die Schaltposition SP unbewegt bleiben.
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Die Schaltnocken 64 und die verschwenkbaren Abschnitte 56 bilden bei der oben in Bezug auf die 1 bis 3 dargestellten Ausführungsformen jeweils gemeinsam eine Freilauf-Mitnehmereinrichtung 72, die dadurch gekennzeichnet ist, dass bei einem Verdrehen der Schaltwelle 60 in der Schaltrichtung S eine Schubstange in einer ersten Längsrichtung 44 mitgenommen wird, wohingegen bei einer Verdrehung der Schaltwelle 60 in der Wählrichtung W eine Entkopplung der Stangen von der Schaltwelle erfolgt.
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Obgleich dies in den 1 bis 3 nicht deutlich erkennbar ist, sind die Mitnehmereinrichtungen 72 vorzugsweise jeweils so ausgebildet, dass der Schaltnocken 64 und der Nockenfolgerabschnitt 57 am Ende eines vorbestimmten Schaltweges d (siehe 2) außer Eingriff gelangen, so dass die Schaltwelle 60 in der ersten Drehrichtung S weiterdrehbar ist.
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Dies kann bspw. durch eine geeignete Dimensionierung des Schaltnockens 64 und des Nockenfolgerabschnittes 57 erfolgen, insbesondere dadurch, dass der Schaltnocken 64 eine solche radiale Höhe aufweist, dass er am Ende des vorbestimmten Schaltweges d unter der geschalteten Stange hindurch tauchen kann bzw. sich an dem Nockenfolgerabschnitt 57 vorbei bewegen kann. In der Darstellung der 2 könnte folglich nach dem Einlegen der Rückwärtsgangstufe R die Vorwärtsgangstufe 1 angewählt werden, derart, dass der Schaltnocken 64-1 in Anlage an seine zugeordnete Stange 42 gelangt.
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Sofern die geschaltete Gangstufe und die dann angewählte Gangstufe unterschiedlichen Teilgetrieben eines Doppelkupplungsgetriebes zugeordnet sind, können folglich auf diese Weise sehr schnell zwei Gangstufen in unterschiedlichen Teilgetrieben hintereinander eingelegt werden, so dass Schaltzeiten erheblich verkürzt werden können. Dies gilt vorzugsweise für Mehrfachrückschaltungen, bei denen eine Gangschaltung von einer hohen Quellgangstufe in eine niedrige Zielgangstufe in möglichst kurzer Zeit durchzuführen ist. Beispielsweise könnte bei einer Mehrfachrückschaltung von Gangstufe 4 in Gangstufe 2 zunächst sehr schnell die Gangstufe 3 eingelegt werden, und dann sofort durch Weiterdrehen der Schaltwelle die Gangstufe 2. Vor dem Einlegen der Gangstufe 2 erfolgt das Auslegen der Gangstufe 4 vorzugsweise mittels des Schaltnockens für die Gangstufe 2 (wenn 2 und 4 einer Schaltkupplungsanordnung zugeordnet sind), oder mit Hilfe eines sog. Neutralnockens, siehe 9 und zugehörige Beschreibung.
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Folglich kann ein Wählvorgang in der Regel durch Antreiben der Schaltwelle 60 in der zweiten Drehrichtung W erfolgen. Sofern zwei Gangstufen gleichzeitig einzulegen sind, die Schaltnocken aufweisen, die in Drehrichtung S hintereinander angeordnet sind, kann ein Wählvorgang jedoch auch erfolgen, indem nach einem Schaltvorgang die Schaltwelle in der ersten Drehrichtung S weitergedreht wird, bis der Schaltnocken der weiteren Gangstufe in Anlage an seine zugeordnete Stange gerät.
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Obgleich die oben beschriebene Schaltanordnung 40 für ein Doppelkupplungsgetriebe mit zwei Teilgetrieben 26, 28 ausgelegt ist, versteht sich, dass die Funktionsweise der Schaltanordnung 40 in gleicher Weise auf ein automatisiertes Schaltgetriebe anwendbar ist, dessen Kupplungsanordnung nur eine einzelne Reibkupplung aufweist und das durch ein einfaches Getriebe in Vorgelegebauweise gebildet ist, das eine Mehrzahl von Vorwärtsgangstufen und eine Rückwärtsgangstufe aufweisen kann. Ebenso ist es mit der Schaltanordnung 40 möglich, eine vorhandene Parksperre zu betätigen. Es versteht sich dabei, dass die benötigte Schaltkupplungs-Kopplung hierbei von der gezeigten Schaltkupplungs-Kopplung 48 abweichen kann.
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Generell lässt sich die Schaltanordnung jedoch auch auf andere Arten von Kraftfahrzeuggetrieben anwenden, bspw. auf Wandler-Automatikgetriebe oder auf andere Stufengetriebe.
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Nachfolgend werden weitere Ausführungsformen von Schaltanordnungen für Kraftfahrzeuge beschrieben, die hinsichtlich Aufbau und Funktionsweise generell der Ausführungsform der 1 bis 3 entsprechen. Gleiche Elemente sind daher durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet. Im Folgenden werden im Wesentlichen die Unterschiede erläutert.
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4 zeigt eine der 3 entsprechende Darstellung, bei der der verschwenkbare Abschnitt 56 gegenüber einem Grundkörper einer Schubstange 50a verschwenkt ist. Hierbei ist der Schubstange 50a eine Federeinrichtung 76 zugeordnet, bspw. in Form einer Blattfeder 76, die dafür sorgt, dass der verschwenkbare Abschnitt 56 nach einem Verschwenken aus seiner Ausgangslage heraus sicher wieder in die Grundposition zurückgeführt wird, die in 2 dargestellt ist. Die Federeinrichtung 76 kann so ausgelegt sein, dass sie zusätzlich zu den Gravitationskräften G wirkt, oder anstelle von diesen oder gegen diese.
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Bei den in den 5 bis 8 gezeigten Ausführungsformen ist eine Freilauf-Mitnehmereinrichtung jeweils dadurch gebildet, dass ein Schaltnocken radial beweglich an der Schaltwelle gelagert ist, um den Schaltnocken bei einer Verdrehung der Schaltwelle in der zweiten Drehrichtung bewegen zu können, ohne die zugeordnete Stange in axialer Richtung zu verschieben.
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Eine erste Variante ist in den 5 und 6 gezeigt.
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Hierbei ist jedem Schaltnocken (beispielhaft in den 5 und 6 der Schaltnocken 64-R') eine Ausnehmung 78 in der Schaltwelle 60 zugeordnet. Die Schaltnocken 64 werden über jeweilige Druckfedern 80 radial aus den Ausnehmungen 78 herausgedrückt, und zwar in die in 5 gezeigte Grundposition, bei der sie eine Schubkraft auf eine zugeordnete Schubstange 50a' ausüben können.
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Bei dieser Ausführungsform können die Schubstangen jeweils einstückig ausgeführt sein, also ohne verschwenkbaren Abschnitt 56 wie bei den Ausführungsformen der 1 bis 4.
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In 5 ist dabei gezeigt, dass ein Schaltnocken 64-R' einer Freilauf-Mitnehmereinrichtung 72' eine Schubkraft auf die Schubstange 50a' ausüben kann, um diese in der ersten Längsrichtung 44 zu versetzen. 6 zeigt den entsprechenden Wählvorgang, bei dem die Schaltwelle 60 in der zweiten Drehrichtung W verdreht wird. Hier ist gezeigt, dass der Schaltnocken 64-R' bei der Wählbewegung W von der Unterseite der Schubstange 50a' radial nach innen in die Ausnehmung 78 eingedrückt wird, um die Freilaufeigenschaft zu erreichen.
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Eine alternative Ausführungsform ist in den 7 und 8 gezeigt. Hier beinhaltet eine Freilauf-Mitnehmereinrichtung 72'' ebenfalls einen Schaltnocken 64-R'', der radial in eine Ausnehmung 78'' eingedrückt werden kann. Bei dieser Variante erstreckt sich der Schaltnocken 64-R'' jedoch in radialer Richtung durch die Schaltwelle 60'' hindurch und bildet auf der gegenüberliegenden Seite einen Rückholnocken 82.
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Bei einer Wählbewegung, wie sie in 7 dargestellt ist, kommt der Rückholnocken 82 in Anlage an eine Rückholrampe 84, um nach einem Durchtauchen des Schaltnockens 64-R'' unter der Schubstange 50a' hindurch aufgrund des Formschlusses zwischen Rückholnocken 82 und Rückholrampe 84 radial aus der Ausnehmung 78'' herausgedrückt zu werden. Dieser Zustand ist in 8 dargestellt, von dem ausgehend wiederum eine Schaltbewegung S eingeleitet werden kann, um die Schubstange 50a' in der ersten Längsrichtung 44 axial zu versetzen.
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In den 9 bis 12 ist eine weitere Ausführungsform einer Schaltanordnung 40''' gezeigt, die hinsichtlich Aufbau und Funktionsweise generell der Schaltanordnung 40 der 1 bis 3 entspricht.
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Dabei sind an der Schaltwelle 60''' in Zuordnung zu den jeweiligen Schaltnocken 64 jeweilige Neutralnocken 88 ausgebildet. Die Neutralnocken 88 sind mit ihren jeweiligen Schaltnocken 64 in Umfangsrichtung ausgerichtet und weisen eine geringere radiale Länge auf als die Schaltnocken 64.
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Ein Neutralnocken 88, der in Umfangsrichtung mit einem Schaltnocken ausgerichtet ist, ist dazu ausgelegt, bei einem Durchführen einer Schubbewegung auf eine Schubstange, die dem Schaltnocken zugeordnet ist, wenigstens eine Schubstange einer Gangstufe des gleichen Teilgetriebes in eine Neutralposition zu versetzen.
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Dies ist in den 9 bis 12 anhand folgenden Beispieles erläutert. In den 9 bis 12 befindet sich ein Schaltnocken 64-R in Anlage an einer Schubstange 50a, ähnlich der Ausgangsposition, wie sie in 2 dargestellt ist. Die Schubstange 50a dient zum Einlegen der Rückwärtsgangstufe R. Bei einer Bewegung der Schaltwelle 60''' in Schaltrichtung S wird die Schubstange 50a in der ersten Längsrichtung versetzt, genauso wie bei der Ausführungsform der 1 bis 3.
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Der dem Schaltnocken 64-R zugeordnete Neutralnocken 88-6 ist dabei mit der Schubstange 42c axial ausgerichtet, die einer Gangstufe (Gangstufe 6) zugeordnet ist, die auf dem gleichen Teilgetriebe sitzt wie die Zielgangstufe R.
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Bei der Schaltbewegung kann der Neutralnocken 88 die Schubstange 42c ausgehend aus einer Nicht-Schaltposition (vgl. NP in 1) in die Neutralposition N versetzen. Die radiale Länge des Neutralnockens 88 ist dabei so gewählt, dass er die zugeordnete Schubstange 42c so weit in der ersten Längsrichtung 44 verschieben kann, bis sich die Schubstange 42c in der in 12 gezeigten Neutralposition befindet. Während dieser Bewegung oder unmittelbar im Anschluss an diese Drehbewegung der Schaltwelle 60''' wird dann die Schubstange 50a, die dem Schaltnocken 64-R zugeordnet ist, aus der Neutralposition in die Schaltposition SP (vgl. 1) versetzt, die einer eingelegten Rückwärtsgangstufe R entspricht.
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Der Neutralnocken, der einem Schaltnocken zugeordnet ist, kann dabei eine Gangstufe des Teilgetriebes der Zielgangstufe in die Neutralposition versetzen. Vorzugsweise ist der Neutralnocken 88 so ausgebildet und weist eine solche axiale Länge (in Richtung der Längsrichtung 61 der Schaltwelle 60''' gesehen) auf, so dass er sämtliche anderen Gangstufen jenes Teilgetriebes in die Neutralposition versetzen kann, bis auf jene Gangstufe, die der Schubstange zugeordnet ist, die mit der Ziel-Schubstange über eine Koppeleinrichtung 52 gekoppelt ist. In dem Beispiel der 9 könnte der Neutralnocken 88-6 sich folglich über eine solche axiale Länge erstrecken (bei 88-6' gezeigt), dass er nicht nur die Schubstange 42c der Gangstufe 6 in die Neutralposition versetzen kann, sondern auch die Schubstange 50c, die der Gangstufe 2 jenes Teilgetriebes zugeordnet ist. Andererseits erstreckt sich der Neutralnocken 88-6' nicht auf eine Axialposition, bei der er die Schubstange 42a versetzen würde, da die Schubstange 42a bei der Bewegung der Schubstange 50a in die Schaltposition SP (R) mittels der Koppeleinrichtung in die Nicht-Schaltposition NP versetzt wird, wie es in 9 dargestellt ist.
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Vorliegend dient der Neutralnocken folglich dazu, dass er bei einem Verdrehen der Schaltwelle in der ersten Drehrichtung zum Einlegen einer Gangstufe eines Teilgetriebes eine Stange, die einer anderen Gangstufe des gleichen Teilgetriebes zugeordnet ist, in eine Neutralposition versetzt.
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Ein derartiges Konzept lässt sich doch auch auf eine Schaltanordnung anwenden, die zur Betätigung eines Kraftfahrzeuggetriebes in Form eines automatisierten Schaltgetriebes ausgelegt ist. In diesem Fall kann der Neutralnocken dazu ausgebildet sein, sämtliche anderen Schubstangen in eine Neutralposition zu versetzen, bis auf die Schubstange, die dem dem Neutralnocken zugeordneten Schaltnocken zugeordnet ist und bis auf jene Schubstange, die mit jener Schubstange über eine Koppeleinrichtung gekoppelt ist.
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In den 13 bis 15 ist das bereits oben beschriebene erfindungsgemäße Konzept näher erläutert, gemäß dem eine Mitnehmereinrichtung 72 so ausgebildet ist, dass der Schaltnocken 64 und der Nockenfolgerabschnitt 57 am Ende des vorbestimmten Schaltweges d außer Eingriff gelangen, so dass die Schaltwelle 60 in der ersten Drehrichtung S weiterdrehbar ist.
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13 zeigt dabei eine der 2 vergleichbare Darstellung, wobei eine Schaltwelle 60 vorgesehen ist, an der ein Schaltnocken 64-3 IV ausgebildet ist, der der Vorwärtsgangstufe 3 zugeordnet ist. In 13 ist dargestellt, dass sich dieser Schaltnocken 64-3 IV in Anlage befindet an einem Nockenfolgerabschnitt 57-3 einer Stange 42 (3/5), die zum Einlegen der Vorwärtsgangstufe 3 dient und mit einer weiteren Stange zum Einlegen der Vorwärtsgangstufe 5 gekoppelt ist. 13 zeigt dabei eine Stellung der Stange 42 (3/5), die der Gangstufe 5 entspricht. Der Schaltnocken 64-3 IV befindet sich in Anlage an der Stange 42 (3/5), so dass bei Verdrehen der Schaltwelle 60 in Schaltrichtung S die Stange 42 (3/5) in Richtung Neutral N bewegbar ist. 13 zeigt ferner einen in Schaltrichtung hinter dem Schaltnocken 64-3 IV angeordneten Schaltnocken 64-2 IV, der der Vorwärtsgangstufe 2 zugeordnet ist. In 13 ist ferner angedeutet, dass sich in der Blickrichtung der 13 hinter der Stange 42 (3/5) eine weitere Stange 42 (2/4) befindet, die sich in einer Position befindet, die der Vorwärtsgangstufe 4 entspricht. Die Schaltstange 42 (2/4) ist einem von zwei Teilgetrieben eines Doppelkupplungsgetriebes zugeordnet. Die Stange 42 (3/5) ist dem anderen Teilgetriebe zugeordnet. Folglich können sowohl die Gangstufe 5 als auch die Gangstufe 4 eingelegt sein. Nachstehend wird davon ausgegangen, dass in dem Doppelkupplungsgetriebe bereits durch überschneidende Betätigung von zwei Kupplungen des Doppelkupplungsgetriebes der Leistungsfluss von der Gangstufe 5 auf die Gangstufe 4 übergegangen ist, so dass in der Darstellung der 13 bspw. Zugkraft über die Vorwärtsgangstufe 4 übertragen wird. Ausgehend von diesem Zustand soll eine schnelle Mehrfachrückschaltung in die Gangstufe 2 durchgeführt werden.
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Wie es nachstehend erläutert werden wird, kann dies mit der erfindungsgemäßen Schaltanordnung sehr schnell erfolgen, wobei die Mehrfachrückschaltung eine echte 4-3-2-Schaltung sein kann, bei der zwischen den Vorwärtsgangstufen 4 und 2 Zugkraft über die Vorwärtsgangstufe 3 übertragen wird. Die Mehrfachrückschaltung kann folglich schneller und komfortabler erfolgen.
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Die Mehrfachrückschaltung 4-3-2 wird ausgehend von dem Zustand der 13 eingeleitet durch eine Drehbewegung der Schaltwelle 60 in der Schaltrichtung S. Dies führt, wie es in 14 dargestellt ist, dazu, dass die Stange 42 (3/5) zunächst in ihre Neutralstellung N bewegt wird, die Vorwärtsgangstufe 5 also ausgelegt wird. Dieser Vorgang ist nicht notwendigerweise Teil der Mehrfachrückschaltung 4-3-2, da die Vorwärtsgangstufe 5 zuvor bereits ausgelegt worden sein kann.
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In 14 ist jedoch zu erkennen, dass die Stange 42 (2/4) sich nach wie vor in einer Position befindet, bei der die Vorwärtsgangstufe 4 eingelegt ist. Der Schaltnocken 64-2 IV hat sich in der Position der 14 der Schaltstange 42 (2/4) genähert, berührt diese jedoch noch nicht.
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Ein Weiterdrehen der Schaltwelle 60 in der Schaltdrehrichtung S führt dazu, dass die Stange 42 (3/5) in jene Position bewegt wird, bei der die Vorwärtsgangstufe 3 eingelegt ist, wie in 15 dargestellt ist. Der von der Position N in die Schaltstellung 3 zurückgelegte Schaltweg ist in 15 mit d bezeichnet.
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Die Schaltstange 42 (2/4) befindet sich in der Darstellung der 15 in einer Position, bei der die Vorwärtsgangstufe 4 nach wie vor eingelegt ist. Der Schaltnocken 64-2 IV befindet sich nunmehr in Anlage an der Stange 42 (2/4).
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15 zeigt ferner, dass der Schaltnocken 64-3 IV am Ende des Schaltvorganges für die Vorwärtsgangstufe 3, also am Ende des vorbestimmten Schaltweges d, außer Eingriff gelangt ist mit der Stange 42 (3/5), so dass es möglich ist, die Schaltwelle 60 in der ersten Drehrichtung (Schaltdrehrichtung) S weiterzudrehen.
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Nach dem Einlegen der Vorwärtsgangstufe 3 kann durch überschneidende Betätigung der Doppelkupplung der Leistungsfluss über die Vorwärtsgangstufe 3 geführt werden. Dies erfolgt jedoch nur kurzzeitig, da die Schaltwelle 60 weitergedreht wird, wodurch die Vorwärtsgangstufe 4 zunächst ausgelegt wird (ähnlich wie die Darstellung der 14, jedoch nicht näher dargestellt). Ferner kann die Schaltwelle 60 danach noch weiter in der Schaltdrehrichtung S weiterbewegt werden, bis eine Position erreicht ist, bei der der Schaltnocken 64-2 IV eine Position erreicht, wie der Schaltnocken 64-3 IV in 15, so dass die Stange 42 (2/4) in die Schaltposition für die Vorwärtsgangstufe 2 bewegt ist. Sobald dies der Fall ist, kann durch überschneidende Betätigung der Doppelkupplung des Doppelkupplungsgetriebes der Leistungsfluss auf die Vorwärtsgangstufe 2 gelegt werden, um auf diese Weise den Mehrfachrückschaltvorgang 4-3-2 abzuschließen.
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Durch die Möglichkeit, dass der Schaltnocken 64-3 IV nach Abschluss des Schaltvorganges in die Vorwärtsgangstufe 3 unter der zugeordneten Stange hindurchtauchen kann, die Schaltwelle 60 also in Schaltrichtung S weitergedreht werden kann, kann dieser Mehrfachrückschaltvorgang erheblich verkürzt werden, da ausgehend aus der Position der 15 kein Wählvorgang in der entgegengesetzten Drehrichtung W der Schaltwelle 60 durchgeführt werden muss, um den Schaltnocken 64-2 IV in die in 15 gezeigte Position zu bringen.
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Es versteht sich, dass die Mitnehmereinrichtungen der Schaltanordnung der Ausführungsform der 13 bis 15 ebenfalls als Freilauf-Mitnehmereinrichtungen ausgebildet sein können.
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Um zu erreichen, dass der Schaltnocken und der Nockenfolgerabschnitt am Ende des vorbestimmten Schaltweges d außer Eingriff gelangen, kann der Schaltnocken 64-3 und/oder der Nockenfolgerabschnitt 57-3 geeignet dimensioniert sein, wobei der Schaltnocken 64-3 IV starr mit der Schaltwelle 60 verbunden ist. Alternativ ist es möglich, wie bei 78 IV in 15 angedeutet, dass der Schaltnocken 64-3 IV in radialer Richtung in eine Ausnehmung der Schaltwelle 60 elastisch eintauchen kann, um das Außer-Eingriff-Gelangen von Schaltnocken 64-3 IV und Nockenfolgerabschnitt 57-3 zu erleichtern und/oder zu ermöglichen.
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Insgesamt kann mit der vorliegenden Erfindung eine elektromotorische Schaltbetätigung insbesondere für Doppelkupplungsgetriebe bereitgestellt werden, wobei geringe Schaltzeiten, freie Schaltreihenfolgen und geringe Package-Anforderungen realisierbar sind, und zwar vorzugsweise bei Verwendung von nur einem Antriebsmotor bzw. Schaltmotor und vorzugsweise bei fertigungs- und montagetechnisch einfachem Aufbau.
