DE102015111802B4

DE102015111802B4 - Schaltzylinder für eine Schaltanordnung eines Kraftfahrzeuggetriebes

Info

Publication number: DE102015111802B4
Application number: DE102015111802.5A
Authority: DE
Inventors: Carsten Bünder
Original assignee: Getrag Getriebe und Zahnradfabrik Hermann Hagenmeyer GmbH and Co
Current assignee: Magna PT BV and Co KG
Priority date: 2015-07-21
Filing date: 2015-07-21
Publication date: 2018-05-30
Anticipated expiration: 2035-07-22
Also published as: DE102015111802A1

Abstract

Schaltzylinder (34) für eine Schaltanordnung (30) eines Stufengetriebes (16), mit einem Lagerabschnitt zum drehbaren und/oder längsverschieblichen Lagern des Schaltzylinders (34) an einem Gehäuse, und mit wenigstens einem Schaltelement (40, 42, 44, 46), das dazu ausgebildet ist, mit einer Schaltkupplungsanordnung (28) in Wechselwirkung zu treten, um eine Gangstufe (G1, G2) des Stufengetriebes (16) zu wählen und/oder zu schalten, wobei der Schaltzylinder (34) eine zentrale Welle (60) aufweist, an deren Außenumfang (62) eine Ringscheibe (66) festgelegt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (40, 42, 44, 46) mit der Ringscheibe (66) im Bereich von deren Außenumfang (67) verbunden ist, wobei das Schaltelement (40, 42, 44, 46) eine axiale Länge (I) aufweist, die kleiner einer axialen Länge (I) der Ringscheibe (66) ist und die größer als eine Hälfte der axialen Länge (I) der Ringscheibe (66) ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schaltzylinder für eine Schaltanordnung eines Kraftfahrzeuggetriebes, mit einem Lagerabschnitt zum drehbaren und/oder längsverschieblichen Lagern des Schaltzylinders an einem Gehäuse, und mit wenigstens einem Schaltelement, das dazu ausgebildet ist, mit einer Schaltkupplung in Wechselwirkung zu treten, um eine Gangstufe des Kraftfahrzeuggetriebes zu wählen und/oder zu schalten.
Derartige Schaltzylinder sind in Form von Schaltwellen oder in Form von Schaltwalzen allgemein bekannt.
Das Schaltelement kann beispielsweise ein Schaltfinger oder -nocken an einer Schaltwelle sein, kann jedoch auch ein Konturabschnitt einer Schaltkontur einer Schaltwalze sein.
Zur effizienten Herstellung von solchen Schaltzylindern existieren im Stand der Technik eine Reihe von Vorschlägen. So offenbart das Dokument DE 10 2009 020 374 A1 eine Schaltwelle, die ein Langloch aufweist, das von einem Stift durchsetzt ist. Der Stift ist an seinen beiden Enden mit diametral gegenüberliegenden Abschnitten eines Schaltfingers verbunden, der die Schaltwelle vollständig umfasst und hierdurch in Drehrichtung fest mit der Schaltwelle verbunden ist. Der Schaltfinger ist ferner mit einer die Schaltwelle koaxial umfassenden Schaltwalze verbunden, die zum Wählen verwendet wird und die mit einer Handschaltkulisse ausgebildet ist.
Das Dokument DE 101 41 468 A1 offenbart ein Verfahren zum Herstellen eines Schaltmoduls mit einer Schaltwelle, an der eine Schaltzunge, ein Schaltfinger und eine Rastkulisse angeordnet werden, wobei diese Elemente als getrennte Bauteile hergestellt und mit der Schaltwelle verbunden werden.
Dabei soll es möglich sein, an die Schaltwelle einen Schaltfinger direkt anzusetzen, oder an einer Muffe festzulegen, die dann wiederum mit der Schaltwelle verbunden wird.
Das Dokument DE 198 40 681 A1 offenbart eine Schaltwelle, die ein endseitiges Anschlussstück, ein Zwischenstück und ein Formstück aufweist, an dem Schaltelemente angeordnet sind. Die drei Einzelteile schließen in axialer Richtung aneinander an.
Das Dokument DE 10 2008 031 313 A1 offenbart eine Schaltanordnung mit einer Schaltwelle, die an ihrem Außenumfang wenigstens eine Sperrzylinder und wenigstens einen radial aus dem Sperrzylinder ragenden Schaltfinger aufweist. Der wenigstens eine Schaltfinger ist formschlüssig und drehfest mit der Schaltwelle verbunden und ist zwischen aneinander angrenzenden Einzelteilen des Sperrzylinders fixiert. Hierbei wird insbesondere vorgeschlagen, den Sperrzylinder aus mehreren Scheiben zu bilden, wobei auf einer Axialseite von einer der Scheiben beispielsweise Nietbolzen festgelegt sind, zwischen denen ein Schaltfinger festgelegt wird, so dass er in Umfangsrichtung mit der Scheibe verbunden ist.
Das Dokument DE 10 2009 050 151 A1 offenbart einen gattungsgemäßen Schaltzylinder, wobei Schaltfinger-Ringscheiben drehfest mit einer Schaltwelle verbunden sind.
Das Dokument DE 740 526 A offenbart einen Nockenwalzenschalter mit einer Mehrzahl von Steuerwalzen, die an einer Vierkantachse angebracht sind, wobei jede Steuerwalze einen zylindrischen Teil und einen doppelt so breiten Teil aufweist, in dem schwalbenschwanzförmige Längsnuten angeordnet sind. In den Nuten befindet sich jeweils ein Schaltnocken, dessen Stärke geringer ist als die halbe Breite des Teils und der in der Nut verschoben werden kann.
Ferner offenbart das Dokument DE 1 665 523 A ein Trommel-Programmiergerät, wobei am Umfang einer drehbaren Trommel eine Vielzahl von Nuten angebracht ist, in oder an denen Schaltelemente und/oder Nocken ein- oder anklemmbar sind.
Demgegenüber ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Schaltzylinder anzugeben, der insbesondere kostengünstig und effizient herstellbar ist, vorzugsweise in unterschiedlichen Varianten.
Die obige Aufgabe wird durch einen Schaltzylinder gemäß Anspruch 1 gelöst, wobei der Schaltzylinder eine zentrale Welle aufweist, an deren Außenumfang eine Ringscheibe festgelegt ist, wobei das Schaltelement mit der Ringscheibe im Bereich von deren Außenumfang verbunden ist.
Bei der vorliegenden Erfindung ist der Schaltzylinder im Bereich von einem Schaltelement folglich durch drei radiale ineinander verschachtelte Elemente ausgebildet, nämlich eine zentrale Welle, eine Ringscheibe, die an dem Außenumfang der zentralen Welle festgelegt ist, und ein Schaltelement, das im Bereich des Außenumfanges der Ringscheibe mit dieser verbunden ist.
Ein derartiger Aufbau ermöglicht eine flexible Fertigung. Beispielsweise kann eine Ringscheibe und/oder ein Schaltelement einheitlich für unterschiedliche Arten von Schaftzylindern verwendet werden. Der Durchmesser der Ringscheibe ist vorzugsweise größer als die axiale Länge der Ringscheibe.
Vorzugsweise ist es möglich, die Ringscheibe in einer beliebigen Relativposition in Bezug auf die zentrale Welle mit dieser zu verbinden. Hierdurch kann die Lage des Schaltelementes in Umfangsrichtung genau eingestellt werden. Dies gilt insbesondere dann, wenn das Schaltelement an einer in Umfangsrichtung feststehenden Position an der Ringscheibe festgelegt ist. Letzteres Merkmal ermöglicht insbesondere eine kostengünstige Fertigung der Ringscheibe, die für diesen Fall einheitlich für unterschiedliche Schaltzylinder ausgebildet sein kann.
Die Verbindung zwischen der Ringscheibe und der zentralen Welle kann insbesondere eine Presspassung sein, wobei die Ringscheibe zur Verbindung auf die zentrale Welle aufgeschoben und aufgepresst wird. Alternativ oder zusätzlich kann das Ringelement auch durch eine Schweißung mit der zentralen Welle verbunden sein, insbesondere eine Laserschweißung.
Der Lagerabschnitt ist vorzugsweise an der zentralen Welle ausgebildet und weist vorzugsweise einen kleineren Durchmesser auf als ein Durchmesser der zentralen Welle im Bereich der Verbindung mit der Ringscheibe.
Die zentrale Welle steht vorzugsweise in axialer Richtung gegenüber einer Ringscheibe vor, um den Lagerabschnitt zu bilden.
An dem Schaltzylinder kann ferner ein Antriebsglied wie ein Antriebszahnrad festgelegt sein, das in gleicher Weise auf die zentrale Welle aufgeschoben und mit dieser im Wege einer Presspassung oder Schweißung oder dergleichen verbunden ist.
Der Schaltzylinder kann insbesondere als Schaltwelle ausgebildet sein, an dessen Umfang wenigstens ein radial vorstehendes Schaltelement in Form eines Schaltnockens ausgebildet ist. Der Schaltzylinder kann jedoch auch als Schaltwalze ausgebildet sein, an deren Außenumfang eine Schaltkontur wie eine Schaltnut ausgebildet ist, deren Kurvenabschnitte Schaltelemente im Sinne der vorliegenden Erfindung bilden.
Die Verbindung zwischen Ringscheibe und Schaltelement ist vorzugsweise in einem radialen Bereich zwischen der zentralen Welle und einem Außenumfang der Ringscheibe ausgebildet. Von besonderem Vorzug ist es ferner, wenn eine Montage des Schaltelementes an der Ringscheibe durch einen axialen Steckvorgang erfolgt.
Das Schaltelement des erfindungsgemäßen Schaltzylinders kann direkt oder indirekt mit einer Schaltkupplungsanordnung in Wechselwirkung treten. Sofern der Schaltzylinder als Schaltwelle ausgebildet ist, kann beispielsweise ein Schaltnocken mit einer Schaltstange in Wechselwirkung treten, die wiederum mit einer Schaltmuffe einer Schaltkupplungsanordnung gekoppelt ist. Im Falle einer Schaltwalze kann beispielsweise ein Kurvenfolger mit der Schaltwalze gekoppelt sein, der wiederum direkt oder indirekt mit einer solchen Schaltmuffe verbunden ist.
Erfindungsgemäß weist das Schaltelement eine axiale Länge auf, die kleiner einer axialen Länge der Ringscheibe ist, und die größer ist als die halbe axiale Länge der Ringscheibe.
Durch diese Maßnahme kann die Ringscheibe effizient als Gleichteil für unterschiedliche Schaltzylinder und/oder für andere Schaltelemente des gleichen Schaltzylinders ausgebildet werden.
Generell ist es möglich, das Schaltelement im Bereich von dem Außenumfang der Ringscheibe über eine formschlüssige oder eine stoffschlüssige Verbindung wie eine Schweißverbindung zu verbinden. Von besonderem Vorzug ist es jedoch, wenn das Schaltelement über eine radial und/oder tangential formschlüssige Verbindung mit der Ringscheibe verbunden ist.
Auf diese Weise ist es möglich, das Schaltelement mit der Ringscheibe bspw. über eine axiale Steckverbindung zu verbinden, die radial und/oder tangential formschlüssig wirkt. Auf diese Weise kann die Montage vereinfacht werden.
Die Verbindung zwischen dem Schaltelement und der Ringscheibe ist vorzugsweise in wenigstens einer axialen Richtung nicht formschlüssig, derart, dass eine axiale Festlegung des Schaltelementes an der Ringscheibe bzw. an dem Schaltzylinder nur durch zusätzliche Maßnahmen möglich ist, beispielsweise durch eine weitere Ringscheibe, die das Schaltelement axial fixiert.
Von besonderem Vorzug ist es hierbei, wenn die Ringscheibe auf einer axialen Seite eine Ausnehmung aufweist, die im Bereich des Außenumfangs der Ringscheibe so ausgebildet ist, dass ein Verbindungsvorsprung des Schaltelementes darin aufgenommen werden kann.
Die Ausnehmung ist vorzugsweise radial nach außen offen und ist vorzugsweise so ausgebildet, dass ein Formschluss in radialer Richtung und/oder in tangentialer Richtung realisierbar ist. Im Querschnitt kann die Ausnehmung beispielsweise als Schwalbenschwanz-Ausnehmung ausgebildet sein.
Ferner ist es bevorzugt, wenn die Ausnehmung eine axiale Länge aufweist, die kleiner ist als eine axiale Länge der Ringscheibe.
Durch diese Maßnahme ist es möglich, das Schaltelement in Bezug auf die Ringscheibe in einer axialen Richtung zu fixieren.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist an dem Außenumfang der zentralen Welle ein weiteres Element festgelegt, dass die Ausnehmung axial abdeckt.
Insbesondere kann durch das weitere Element das Schaltelement in der Ausnehmung axial fixiert werden.
Die axiale Länge des Schaltelementes ist vorzugsweise gleich der axialen Länge der axialen Ausnehmung.
Insgesamt kann folglich mit dieser Ausbildung eine formschlüssige Verbindung des Schaltelementes an dem Schaltzylinder in Umfangsrichtung, in tangentialer Richtung und in axialer Richtung (jeweils in beiden Richtungen) realisiert werden.
Der Schaltzylinder kann folglich durch Festlegen der Ringscheibe an der zentralen Welle realisiert werden, wobei das Schaltelement über die Ringscheibe und das weitere Element fixiert ist. Der Schaltzylinder kann auf diese Weise im Wesentlichen durch Steckverbindungen realisiert werden. Es ist natürlich denkbar, diese Steckverbindungen durch Schweißpunkte oder dergleichen zu fixieren, um ggf. vorhandenes Spiel zu eliminieren oder dergleichen.
Das weitere Element, das die Ausnehmung axial abdeckt, kann insbesondere eine weitere Ringscheibe sein, bei der es sich vorzugsweise um ein Gleichteil zu der einen Ringscheibe handelt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Ringscheibe an ihrem Außenumfang eine Mehrzahl von axialen Ausnehmungen aufweist, die über den Umfang der Scheibe verteilt angeordnet sind und die vorzugsweise jeweils die gleiche Form aufweisen.
Die axialen Ausnehmungen sind vorzugsweise radial nach außen offen ausgebildet. Die axialen Ausnehmungen sind vorzugsweise gleichmäßig über den Umfang der Scheibe verteilt angeordnet. Ein Schaltelement kann folglich wahlweise in eine der Ausnehmungen eingesetzt werden. Ferner ist es möglich, dass zwei oder mehr Schaltelemente in unterschiedliche Ausnehmungen derselben Ringscheibe eingesetzt werden, was beispielsweise dann von Vorteil ist, wenn eine Schaltstange mittels eines Schaltelementes und mittels eines Neutral-Schaltelementes gleichermaßen betätigbar sein soll.
Die Scheibe kann insbesondere als ein Gleichteil ausgebildet sein, wobei mehrere derartige Scheiben an dem Schaltzylinder axial hintereinander angeordnet sind, vorzugsweise in axialer Richtung unmittelbar aneinander anschließend.
Ferner ist es hierbei von Vorteil, wenn das Schaltelement (beispielsweise in Form eines Haupt-Schaltelementes) in eine der über den Umfang verteilten Ausnehmungen eingesetzt ist, wobei ein weiteres Schaltelement (beispielsweise ein Neutral-Schaltelement) in eine andere der Ausnehmungen eingesetzt ist.
Dies ermöglicht die Betätigung einer Schaltstange sowohl mittels des Schaltelementes, zum Einrichten einer Gangstufe, oder mittels des weiteren Schaltelementes, um eine Neutralposition der Schaltkupplungsanordnung einzurichten. In diesem Fall kann ein Zusammenwirken zwischen dem Neutral-Schaltnocken und der zugeordneten Schaltstange so realisiert sein, dass der Neutral-Schaltnocken nach dem Einrichten der Neutralposition radial unter der Schaltstange hindurchtaucht, die Schaltstange also nicht weiter in Richtung der Schaltrichtung bewegt.
Ferner ist es bei dieser Ausführungsform vorteilhaft, wenn die Ausnehmungen jeweils entlang einer Radialachse ausgerichtet sind, wobei das Schaltelement und das weitere Schaltelement jeweils einen Schaltnocken aufweisen, wobei der Schaltnocken des Schaltelementes und/oder der Schaltnocken des weiteren Schaltelementes in tangentialer Richtung um einen Tangentialversatz versetzt gegenüber der zugeordneten Radialachse angeordnet ist.
Das Schaltelement in Form des Schaltnockens kann hierbei insbesondere so ausgebildet sein, dass es einen Verbindungsvorsprung aufweist, der in eine Ausnehmung der Scheibe eingesetzt wird, wobei eine Spitze des Schaltnockens um den Tangentialversatz in Umfangsrichtung gegenüber der Radialachse dieser Ausnehmung versetzt ist. Diese Ausführungsform kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn es sich bei diesem Schaltnocken um einen Neutral-Schaltnocken handelt, der unter einer Stirnseite einer Schaltstange hindurchtauchen soll.
Gemäß einer weiteren insgesamt bevorzugten Ausführungsform weist der Schaltzylinder eine Mehrzahl von Ringscheiben auf, die in Längsrichtung hintereinander angeordnet sind, wobei an wenigstens einer der Ringscheiben außenumfänglich jeweils wenigstens ein Schaltelement festgelegt ist.
Die Scheiben sind vorzugsweise als Ringscheiben ausgebildet, die auf eine zentrale Welle axial hintereinander aufgeschoben bzw. aufgefädelt werden. Die Scheiben können jedoch auch als Vollscheiben ausgebildet sein, so dass der Schaltzylinder ohne zentrale Schaltwelle ausgebildet wird. In diesem Fall können die einzelnen Scheiben aufeinandergestapelt und dabei miteinander verbunden (bspw. verschraubt) werden. Eine oberste und eine unterste bzw. erste und letzte Scheibe könnten dann für den Antrieb und/oder die Lagerung dienen und sich von den Funktionsscheiben unterscheiden, die an ihrem Außenumfang jeweils wenigstens ein Schaltelement festlegen können.
Die Ringscheiben werden, sofern sie mit axialen Ausnehmungen ausgebildet sind, deren axiale Länge kürzer ist als die axiale Länge der Scheibe, jeweils in der gleichen Orientierung auf die zentrale Welle aufgeschoben werden, derart, dass ein in Umfangsrichtung geschlossener Teil der Scheibe jeweils die Ausnehmungen einer benachbarten Ringscheibe axial abdeckt.
Die Ringscheiben können in Umfangsrichtung identisch miteinander ausgerichtet sein, können jedoch auch in Umfangsrichtung versetzt zueinander angeordnet sein.
Die Scheiben weisen vorzugsweise die gleiche axiale Länge auf, und vorzugsweise den gleichen Durchmesser, und sind insbesondere, wie oben erwähnt, vorzugsweise als Gleichteile ausgebildet.
Eine Montage eines besonders bevorzugten Schaltzylinders erfolgt so, dass zunächst eine Ringscheibe auf eine zentrale Welle aufgesteckt wird. Anschließend wird wenigstens ein Schaltelement in wenigstens eine der Ausnehmungen dieser Ringscheibe eingesetzt, insbesondere axial eingeschoben. Anschließend wird eine weitere Ringscheibe, die als Gleichteil ausgebildet ist, auf die zentrale Welle aufgeschoben, wodurch die axiale Ausnehmung der ersten Ringscheibe axial verdeckt wird. Im nächsten Schritt wird wenigstens ein Schaltelement in wenigstens eine der Ausnehmungen der zweiten Ringscheibe eingeschoben. Hiernach wird wenigstens eine dritte Ringscheibe auf die zentrale Welle aufgeschoben, die die axialen Ausnehmungen der zweiten Ringscheibe abdeckt. Anschließend wird wenigstens ein Schaltelement in wenigstens eine axiale Ausnehmung der dritten Ringscheibe eingesetzt. Schließlich wird ein letztes Element, vorzugsweise in Form einer Ringscheibe, auf die zentrale Welle aufgeschoben, wodurch auch die axialen Ausnehmungen der dritten Ringscheibe axial abgedeckt werden. Anstelle einer derartigen sequentiellen Montage ist es auch denkbar, die Ringscheibe mit den Schaltelementen vorzumontieren und anschließend sequentiell aufzufädeln. In einer weiteren Alternative ist es möglich, die Ringscheibe und zumindest ein Schaltelement als ein Bauteil vorab herzustellen, bspw. durch Sintern, das dann wiederum auf die Welle aufgeschoben wird. Auch dies kann dann jeweils sequentiell erfolgen.
Insgesamt lässt sich mit der vorliegenden Erfindung folglich ein Schaltzylinder modular aufbauen, wodurch ein einfacher und kostengünstiger Fertigungsprozess für den Schaltzylinder realisiert werden kann. Die Modulbauweise ist vorzugsweise so realisiert, dass der Schaltzylinder in einer radial verlaufenden Schaltebene jeweils nur die zentrale Welle, eine Ringscheibe und wenigstens einen Schaltnocken aufweist.
Sofern es sich bei dem Schaltzylinder um eine Schaltwelle handelt, deren Schaltelemente als Schaltnocken ausgebildet sind, so sind die Schaltnocken vorzugsweise ebenfalls als Gleichteile ausgebildet, jedenfalls die Haupt-Schaltnocken, die zum Einlegen von Gangstufen dienen. Die Neutral-Schaftnocken können anders ausgebildet sein als die Haupt-Schaltnocken, können jedoch untereinander ebenfalls als Gleichteile ausgebildet sein. Ferner ermöglicht der flexible Aufbau in vielen Varianten, dass es mehrere Schaltnocken pro radialer Schaltebene geben kann, beispielsweise wenigstens einen Haupt-Schaltnocken und wenigstens einen Neutral-Schaltnocken.
Der Neutral-Schaltnocken ist vorzugsweise gegenüber einer Radialachse unsymmetrisch aufgebaut, da ein Neutral-Schaltnocken einem Haupt-Schaltnocken vorzugsweise etwas vorauseilt, bei einer angenommenen einheitlichen Drehrichtung des Schaltzylinders, wobei die Schaltnocken jeweils auf eine Stirnseite einer Schaltstange wirken.
Die Ringscheibe, die zentrale Welle und/oder die Schaltnocken sind entweder massiv durch Fräsen oder dergleichen herstellbar. Besonders bevorzugt ist es jedoch, wenn wenigstens eines dieser Teile als Sinterteil ausgeführt ist, wobei vorzugsweise zumindest die Ringscheibe und/oder die Schaltnocken als Sinterteile ausgebildet sind.
Sofern der Schaltzylinder ein Antriebsrad aufweist, so ist es bevorzugt, wenn dieses mit einem Antriebsritzel oder dergleichen in Verbindung steht, über das der Schaltzylinder in vorzugsweise beiden Drehrichtungen antreibbar ist, insbesondere mittels eines Elektromotors.
Die Anzahl der über den Umfang verteilten Ausnehmungen einer Scheibe ist vorzugsweise eine Funktion der Anzahl der Gangstufen des Fahrzeuggetriebes und/oder eine Funktion von etwaigen Zusatzfunktionen (beispielsweise eine Brücken-Schaltkupplung, einer Parksperre, etc.).
Die Relativpositionen der Scheiben können durch Indexnasen oder andere mechanische Elemente fixiert werden, wobei die Scheiben zu diesem Zweck vorzugsweise auf einer axialen Seite eine Indexnase und auf der anderen axialen Seite vorzugsweise eine Indexnasenausnehmung aufweisen. Derartige Nasen können zur Positionierung als Indexnasen ausgebildet sein. Es ist jedoch auch möglich, derartige Nasen als Mitnehmernasen auszubilden, die dazu ausgebildet sind, die Drehung einer benachbarten Scheibe weiterzuleiten.
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.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Antriebsstranges eines Kraftfahrzeuges mit einer perspektivischen Darstellung einer Schaltanordnung mit einem erfindungsgemäßen Schaltzylinder;
2 eine Querschnittsansicht des Schaltzylinders der 1, und zwar entlang einer Linie II-II der 5;
3 eine der 2 vergleichbare Querschnittsansicht entlang einer Linie III-III der 5;
4 eine der 2 entsprechende Darstellung des erfindungsgemäßen Schaltzylinders, und zwar in einer Ansicht entlang der Linie IV-IV der 5; und
5 eine Längsschnittansicht des Schaltzylinders der 1 wie es durch eine Linie V-V in 3 angedeutet ist.

In 1 ist in schematischer Form ein Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug dargestellt und generell mit 10 bezeichnet. Der Antriebsstrang 10 weist einen Antriebsmotor 12 wie einen Verbrennungsmotor, eine Hybrid-Antriebseinheit oder dergleichen auf. Ein Ausgang des Antriebsmotors 12 ist mit einer Kupplungsanordnung 14 verbunden, die als Einzelkupplung oder als Doppelkupplungsanordnung ausgebildet sein kann. Ein Stufengetriebe 16 ist mit einem Ausgang der Kupplungsanordnung 14 verbunden und weist vorzugsweise eine Eingangswelle 18 und eine Ausgangswelle 20 auf. Die Ausgangswelle 20 ist mit einem Differenzial 22 verbunden, über das Antriebsleistung auf angetriebene Räder 24L, 24R verteilbar ist.
Das Stufengetriebe 16 beinhaltet ferner eine Mehrzahl von Radsätzen 26a, 26b, etc., die jeweils in nicht näher gekennzeichneter Weise vorzugsweise ein Losrad und ein Festrad aufweisen und die Eingangswelle 18 und die Ausgangswelle 20 miteinander verbinden. Eine Schaltkupplungsanordnung 28 ist jeweils einem der Radsätze 26 oder zwei der Radsätze zugeordnet, wie es für die Radsätze 26a, 26b in 1 dargestellt ist. Die Schaltkupplungsanordnung ist mittels einer nicht näher bezeichneten Schaltmuffe betätigbar, die in axialer Richtung, d.h. vorliegend parallel zu den Wellen 18, 20 verschieblich ist. Hierdurch können der Schaltkupplungsanordnung zugeordnete Gangstufen eingelegt werden. Das Stufengetriebe kann ein automatisiertes Schaltgetriebe sein, kann jedoch auch ein Doppelkupplungsgetriebe sein.
Das Stufengetriebe 16 weist vorzugsweise 5, 6, 7 oder mehr Vorwärtsgangstufen auf, und vorzugsweise wenigstens eine Rückwärtsgangstufe. In 1 sind aus Gründen einer übersichtlicheren Darstellung nur zwei Gangstufen G1, G2 dargestellt. Die Schaltkupplungsanordnung 28 weist folglich zwei Axialstellungen entsprechend diesen zwei Gangstufen G1, G2 auf, sowie eine dazwischenliegende Neutralstellung N.
Das Stufengetriebe 16 weist eine Schaltanordnung 30 auf, die zum Ein- und Auslegen der Gangstufen dient. Zu diesem Zweck weist die Schaltanordnung 30 für jede Schaltkupplungsanordnung 28 eine Schaltstange 32 auf, die, wie es in 1 schematisch dargestellt ist, mit der Schaltmuffe jener Schaltkupplungsanordnung 28 axial gekoppelt ist.
Die Schaltanordnung 30 weist ferner einen Schaltzylinder 34 in Form einer Schaltwelle auf. Der Schaltzylinder 34 ist dazu ausgebildet, auf axiale Enden der Schaltstangen 32 einzuwirken, die folglich als Schubstangen ausgebildet sind. Beispielsweise kann die in 1 gezeigte Schaltstange 32 mittels des Schaltzylinders 34 aus der Neutralposition N durch eine Schubbewegung in die Schaltstellung G1 versetzt werden.
Zum Versetzen der Schaltstange 32 aus der Gangposition G1 zurück in die Neutralposition bzw, in die gegenüberliegende Gangschaltposition G2 existieren im Wesentlichen zwei Möglichkeiten.
Die eine Möglichkeit besteht darin, die Schaltstange 32 mit einer Rückholstange 35 zu koppeln, und zwar derart, dass die Stangen 32, 35 zwangsweise axial gegenläufig gekoppelt sind. Mit anderen Worten, wenn die Schaltstange 32 in eine in 1 durch einen Pfeil angedeutete erste Längsrichtung (Schubrichtung) bewegt wird, wird die Rückholstange 35 zwangsweise in der entgegengesetzten Richtung bewegt, wie es in 1 ebenfalls durch einen Pfeil angedeutet ist. Folglich kann die Gangstufe G1 durch eine Schubbewegung der Rückholstange ausgelegt und die Gangstufe G2 eingelegt werden.
Alternativ hierzu ist es möglich, den Schaltstangen 32 einen weiteren Schaltzylinder 34A zuzuordnen, der auf der axial gegenüberliegenden Seite der Schaltstangen 32 angeordnet ist, wie es in 1 schematisch angedeutet ist. Der Schaltzylinder 34A kann in ähnlicher Weise aufgebaut sein wie der Schaltzylinder 34 und dazu dienen, die Schaltstangen 32 jeweils durch Schubbewegungen axial zu bewegen, wobei die Schaltzylinder 34, 34A in diesem Fall die Schaltstangen 32 in entgegengesetzte Richtungen bewegen können.
Der Schaltzylinder 34 ist entlang einer Längsachse 38 ausgerichtet und weist an wenigstens einem Ende einen Lagerabschnitt 36 zum radialen und drehbaren Lagern des Schaltzylinders 34 auf.
An dem Außenumfang des Schaltzylinders 34 ist ein Schaltnocken 40 ausgebildet, der radial gegenüber dem Schaltzylinder 34 vorsteht und dazu ausgebildet ist, die Schaltstange 32 in der ersten Schaltrichtung (von N nach G1) zu bewegen.
An dem Schaltzylinder 34 sind weitere Schaltnocken 42, 44 ausgebildet, die mit anderen - nicht dargestellten - Schaltstangen 32 in ähnlicher Weise in Wirkverbindung stehen und in Umfangsrichtung versetzt gegenüber dem Schaltnocken 40 angeordnet sind. Die Schaltnocken 42, 44 (siehe insbesondere auch die 2 bis 4) sind in Umfangsrichtung versetzt zueinander angeordnet, jedoch auch in axialer Richtung, wie es insbesondere in 1 zu erkennen ist.
Ferner weist der Schaltzylinder 34 in axialer Ausrichtung mit einem Schaltnocken (hier Schaltnocken 44, siehe 4) einen weiteren Schaltnocken 46 in Form eines sog. Neutral-Schaltnockens auf, der in axialer Richtung mit dem einen Schaltnocken 44 ausgerichtet ist. In den Figuren ist lediglich ein weiterer Schaltnocken (Neutral-Schaltnocken) 46 in Zuordnung zu einem Haupt-Schaltnocken 44 dargestellt. Es versteht sich jedoch, dass auch den Schaltnocken 40, 42 jeweils ein derartiger Neutral-Schaltnocken zugeordnet sein kann.
Die Funktionsweise des Neutral-Schaltnockens 46 besteht darin, dass es mit diesem möglich ist, eine zugeordnete Schaltstange 32 aus einer Gangposition (entsprechend G2) in die Neutralposition N zurückzuversetzen, wobei der Neutral-Schaltnocken anschließend radial unter der zugeordneten Schaltstange 32 hindurchtaucht, so dass der Neutral-Schaltnocken nicht dazu ausgebildet ist, eine Gangstufe einzulegen. Der Neutral-Schaltnocken dient vielmehr ausschließlich zum Auslegen von Gangstufen, um auf diese Weise Schaltvorgänge insbesondere bei Doppelkupplungsgetrieben zu vereinfachen und schneller realisieren zu können.
Der Schaltzylinder 34 ist mittels eines Schaltzylinder-Antriebs 48 antreibbar. Zu diesem Zweck ist der Schaltzylinder 34 fest mit einem Schaltzylinder-Antriebsrad 50 gekoppelt. Das Schaltzylinder-Antriebsrad 50 kann mit einem Schaltzylinder-Antriebsmotor 52 über ein Schaltzylinder-Antriebsritzel 54 in Verbindung stehen, derart, dass der Schaltzylinder 34 in einer Schaltrichtung S oder in einer entgegengesetzten Richtung W verdrehbar ist.
Sofern die Schaltanordnung 30 zwei Schaltzylinder 34, 34A aufweist, werden diese im Wesentlichen ausschließlich in Schaltrichtung S bewegt, um Gangstufen auszulegen und um Gangstufen einzulegen.
Sofern die Schaltanordnung 30 nur einen Schaltzylinder 34 aufweist, kann zwischen dem Schaltzylinder 34 und den zugeordneten Schaltstangen 32 jeweils eine Freilaufeigenschaft realisiert sein, derart, dass Wählbewegungen W möglich sind, bei denen die Schaltstangen nicht axial versetzt werden, bei denen jedoch ein Schaltnocken vor einer auszuwählenden Schubstange positioniert wird, um anschließend in Schaltrichtung S eine Gangstufe auszulegen, eine Neutralstellung einzurichten, oder eine Gangstufe einzulegen.
Der Schaltzylinder 34 ist als modularer Schaltzylinder realisiert, wobei der Schaltzylinder 34 eine zentrale Welle 60 aufweist, die als Hohlwelle ausgebildet sein kann.
Die zentrale Welle 60 weist einen Außenumfang 62 auf und beinhaltet, wie es in 5 dargestellt ist, einen Axialsicherungsbund 64.
Ferner weist der Schaltzylinder 34 eine Mehrzahl von Ringscheiben 66a, 66b, 66c, 66d auf. Die Ringscheiben 66 sind als Gleichteile ausgebildet und sind axial hintereinander auf die zentrale Welle 60 aufgeschoben, und zwar in einer Relativausrichtung in Umfangsrichtung zueinander, die entweder eine identische Ausrichtung oder eine in Umfangsrichtung versetzte Ausrichtung beinhalten kann.
Wie es in 5 dargestellt ist, wird auf die zentrale Welle 60 zunächst das Schaltzylinder-Antriebsrad 50 aufgeschoben, bis es an dem Axialsicherungsbund 64 anliegt. Anschließend werden die Ringscheiben 66a, 66b, 66c, 66d in der genannten Reihenfolge aufgeschoben. Wie es in 5 dargestellt ist, steht auf der dem Schaltzylinder-Antriebsrad 50 gegenüberliegenden Seite des Axialsicherungsbundes ein Abschnitt der zentralen Welle 60 vor, der als Lagerabschnitt 36' ausgebildet ist. Ferner steht gegenüber der Ringscheibe 66d ein Abschnitt der zentralen Welle 60 vor, der als Lagerabschnitt 36 ausgebildet ist. Mittels der Lagerabschnitte 36, 36' kann der Schaltzylinder 34 radial und drehbar gelagert werden. Ferner kann der Schaltzylinder über die Lagerabschnitte 36, 36' auch axial gesichert bzw. gelagert werden.
Die Ringscheiben 66 weisen jeweils einen Außenumfang 67 auf, im Bereich von dem die Ringscheiben 66 eine Mehrzahl von Ausnehmungen 68 aufweisen, die sich von einer axialen Seite der Ringscheibe 66 aus erstrecken und radial nach außen hin geöffnet sind. Im Querschnitt sind die Ausnehmungen 68 jeweils so ausgebildet, dass sie einen Verbindungsvorsprung 70 eines Schaltnockens (eines Haupt-Schaltnockens 40, 42 oder 44 oder eines Neutral-Schaltnockens 46) aufnehmen können, und zwar derart, dass der jeweiligen Schaltnocken dann in Bezug auf die Ringscheibe 66 radial und tangential formschlüssig festgelegt ist, wie es bspw. durch die schwalbenschwanzförmigen Ausnehmungen 68 in den 1 bis 4 zu entnehmen ist.
Die Ringscheiben 66 weisen eine Mehrzahl von über den Umfang ausgebildeten derartigen Ausnehmungen 68 auf, deren Anzahl eine Funktion der Gangstufen des Stufengetriebes und/oder eine Funktion der Zusatzfunktionen des Stufengetriebes ist (wie bspw. eine Brückenkupplung, eine Parksperrenkupplung, etc.).
Die Anzahl der über den Umfang verteilten Ausnehmungen 68 kann insbesondere im Bereich von 3 bis 10 liegen, vorzugsweise im Bereich von 4 bis 9.
Die Ausnehmungen 68 sind jeweils identisch geformt. Die Ausnehmungen 68 sind über den Umfang vorzugsweise gleichmäßig beabstandet ausgebildet. Die zwischen einer Ausnehmung 68 und einem Verbindungsvorsprung 70 eingerichtete Verbindung (Schwalbenschwanzverbindung) ist in 3 und 4 jeweils schematisch mit 71 bezeichnet.
Die Ausnehmungen 68 weisen eine axiale Länge I_A auf, die kleiner ist als die axiale Länge I_R der Ringscheiben 66. Die axiale Länge der Schaltnocken 40, 42, 44, 46 ist vorzugsweise identisch zu der axialen Länge I_A der Ausnehmungen 68, jedenfalls ist die axiale Länge der Verbindungsvorsprünge 70 jeweils identisch zu der axialen Länge I_A der Ausnehmungen 68.
Die Ringscheiben 66 werden so auf die zentrale Welle 60 aufgeschoben, dass sich anschließend ein oder mehrere Schaltnocken in deren Ausnehmungen 68 einschieben lässt bzw. lassen. Anschließend kann eine weitere Ringscheibe auf die zentrale Welle 60 aufgeschoben werden, wobei die Ausnehmungen der zuvor aufgesteckten Ringscheibe hierdurch axial verschlossen werden. Dies wird insbesondere dadurch realisiert, dass die axiale Länge I_R größer ist als I_A. Anstelle einer derartigen sequentiellen Montage ist es auch denkbar, die Ringscheibe mit den Schaltelementen vorzumontieren und anschließend sequentiell aufzufädeln. In einer weiteren Alternative ist es möglich, die Ringscheibe und zumindest ein Schaltelement als ein Bauteil vorab herzustellen, bspw. durch Sintern, das dann wiederum auf die Welle aufgeschoben wird. Auch dies kann dann jeweils sequentiell erfolgen.
Die Ringscheiben 66 sind vorzugsweise jeweils als Gleichteile ausgebildet und sind vorzugsweise als Sinterteile ausgebildet. In gleicherweise sind die Schaltnocken 40, 42, 44 jeweils als Gleichteile ausgebildet und sind vorzugsweise als Sinterteile ausgebildet. Die zentrale Welle 60 kann eine Vollwelle oder eine Hohlwelle sein, kann ebenfalls gesintert oder auf sonstige Art und Weise hergestellt sein.
Die Neutral-Schaltnocken 46 unterscheiden sich hinsichtlich der Form von den Haupt-Schaltnocken 40, 42, 44, wie es insbesondere in 4 zu erkennen ist. Die Neutral-Schaltnocken 46 weisen jeweils eine Form auf, die asymmetrisch in Bezug auf eine Radialachse der zugeordneten Ausnehmung 68 ist. Mit anderen Worten ist eine Nockenspitze gegenüber einer solchen Radialachse in Umfangsrichtung versetzt, wie es in 4 durch einen Tangentialversatz 72 angedeutet ist. Hierdurch können die Neutralnocken „vorauseilend“ ausgebildet werden, können also eine Neutralstellung einlegen und dann unter der zugeordneten Schaltstange hindurchtauchen, um anschließend diese oder eine andere Schaltstange mittels eines zugeordneten Haupt-Schaltnockens einlegen zu können.
Wie es in 1 bei 74 gezeigt ist, können die Ringscheiben 66 an einer axialen Seite jeweils einen Indexvorsprung aufweisen, wobei die Ringscheiben 66 auf der entgegengesetzten axialen Seite vorzugsweise eine zugeordnete Indexnasenausnehmung aufweisen (nicht dargestellt).
Hierdurch ist es möglich, die Relativlage der Ringscheiben 66 in Umfangsrichtung zu determinieren. Die Indexvorsprünge bzw. Indexnasenausnehmungen können jedoch auch als Mitnehmervorsprünge bzw. -nasen und Mitnehmerausnehmungen ausgebildet sein. Auf diese Weise ist es möglich, eine in eine Scheibe eingeleitete Drehbewegung auf die benachbarte Scheibe weiterzuleiten.
Die in 1 dargestellte, als letztes auf der zentralen Welle 60 montierte Ringscheibe 66d kann als „Leerscheibe“ ausgebildet sein, die ohne Schaltnocken ausgebildet ist. In diesem Fall dient diese Ringscheibe 66d als eine Art Axialverschluss für die Ausnehmungen der benachbarten Ringscheibe 66c. Anstelle dieser weiteren Abschluss-Ringscheibe 66d kann auch eine gewöhnliche Abschluss-Scheibe in Form einer Axialsicherungsscheibe oder dergleichen vorgesehen sein.

Claims

Schaltzylinder (34) für eine Schaltanordnung (30) eines Stufengetriebes (16), mit einem Lagerabschnitt zum drehbaren und/oder längsverschieblichen Lagern des Schaltzylinders (34) an einem Gehäuse, und mit wenigstens einem Schaltelement (40, 42, 44, 46), das dazu ausgebildet ist, mit einer Schaltkupplungsanordnung (28) in Wechselwirkung zu treten, um eine Gangstufe (G1, G2) des Stufengetriebes (16) zu wählen und/oder zu schalten, wobei der Schaltzylinder (34) eine zentrale Welle (60) aufweist, an deren Außenumfang (62) eine Ringscheibe (66) festgelegt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (40, 42, 44, 46) mit der Ringscheibe (66) im Bereich von deren Außenumfang (67) verbunden ist, wobei das Schaltelement (40, 42, 44, 46) eine axiale Länge (I_A) aufweist, die kleiner einer axialen Länge (I_R) der Ringscheibe (66) ist und die größer als eine Hälfte der axialen Länge (I_R) der Ringscheibe (66) ist.
Schaltzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringscheibe (66) in einer beliebigen Relativposition in Bezug auf die zentrale Welle (60) mit dieser verbunden ist.
Schaltzylinder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (40, 42, 44, 46) über eine radial und/oder tangential formschlüssige Verbindung (71) mit der Ringscheibe (66) verbunden ist.
Schaltzylinder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringscheibe (66) auf einer axialen Seite eine Ausnehmung (68) aufweist, die im Bereich des Außenumfangs (67) der Ringscheibe (66) so ausgebildet ist, dass ein Verbindungsvorsprung (70) des Schaltelementes (40, 42, 44, 46) darin aufgenommen werden kann.
Schaltzylinder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (68) eine axiale Länge (I_A) aufweist, die kleiner ist als eine axiale Länge (I_R) der Ringscheibe (66).
Schaltzylinder nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Außenumfang (62) der Welle (60) eine weitere Ringscheibe (66) festgelegt ist, die die Ausnehmung (68) axial abdeckt.
Schaltzylinder nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringscheibe (66) an ihrem Außenumfang (67) eine Mehrzahl von axialen Ausnehmungen (68) aufweist, die über den Umfang der Ringscheibe (66) verteilt angeordnet sind.
Schaltzylinder nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (44) in eine der Ausnehmungen (68) eingesetzt ist, wobei ein weiteres Schaltelement (46) in eine andere der Ausnehmungen (68) eingesetzt ist.
Schaltzylinder nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (68) jeweils entlang einer Radialachse ausgerichtet sind, wobei das Schaltelement (44) und das weitere Schaltelement (46) jeweils einen Schaltnocken aufweisen, wobei der Schaltnocken des Schaltelementes (44) und/oder der Schaltnocken des weiteren Schaltelementes (46) in tangentialer Richtung um einen Tangentialversatz (72) versetzt gegenüber der zugeordneten Radialachse angeordnet ist.
Schaltzylinder nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltzylinder (34) eine Mehrzahl von Ringscheiben (66) aufweist, die in Längsrichtung hintereinander angeordnet sind, wobei an wenigstens einigen der Ringscheiben (66) außenumfänglich jeweils wenigstens ein Schaltelement (40, 42, 44, 46) festgelegt ist.