DE102015206463A1

DE102015206463A1 - Wellenschaltsystem zum Schalten einer Getriebeeinheit

Info

Publication number: DE102015206463A1
Application number: DE102015206463.8A
Authority: DE
Inventors: Simon Sauer; Lena Amann
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2015-04-10
Filing date: 2015-04-10
Publication date: 2016-10-13

Abstract

Vorgeschlagen wird ein Wellenschaltsystem (3) zum Schalten einer Getriebeeinheit (2) mit mehreren Schaltelementen (8, 9, 10, 11), mit einer Sperrwelle (12), die jeweils pro Schaltelement (8, 9, 10, 11) eine Sperröffnung (22, 23, 24, 25) mit zumindest einem sich in Umfangsrichtung erstreckenden Sperrbereich (26, 27, 28, 30, 31) und einem sich in Axialrichtung erstreckenden Schaltbereich (32, 33, 34, 35) umfasst, und mit einer zur Sperrwelle (12) koaxialen Schaltwelle (13), die jeweils pro Schaltelement (8, 9, 10, 11) eine sich in Umfangsrichtung erstreckende und im zugeordneten Schaltbereich (32, 33, 34, 35) angeordnete Mitnahmeöffnung (41, 42, 43, 44) umfasst, die durch eine relative Axialverschiebung der Schaltwelle (13) gegenüber der Sperrwelle (12) zwischen einer Neutralstellung und zumindest einer ersten Schaltstellung verschiebbar ist, wobei die Schaltelemente (8, 9, 10, 11) mit einem jeweiligen Eingriffsende (29) radial von außen in die Sperrwelle (12) und die Schaltwelle (13) hineinragen, die Sperrwelle (12) und die Schaltwelle (13) gemeinsam um ihre Längsachse gegenüber den Eingriffsenden (29) verdrehbar sind, wenn die Eingriffsenden (29) in Axialrichtung zu ihrem jeweils zugeordneten Sperrbereich (26, 27, 28, 30, 31) ausgerichtet sind, und die Eingriffsenden (29) zum Schalten der Getriebeeinheit (2) mittels axialer Verschiebung der Mitnahmeöffnung (41, 42, 43, 44) zwischen der Neutralstellung und der ersten Schaltstellung verlagerbar sind, wenn die Eingriffsenden (29) in Umfangsrichtung durch gemeinsame Verdrehung der beiden Wellen (12, 13) zum jeweils zugeordneten Schaltbereich (32, 33, 34, 35) ausgerichtet sind. Erfindungsgemäß ist zumindest einer der Sperrbereiche als erster Schalt-Sperrbereich (30) ausgebildet, der in Axialrichtung im Bereich der ersten Schaltstellung angeordnet ist, so dass die beiden Wellen (12, 13) bei in erster Schaltstellung befindlichem Eingriffsende (29) gegenüber diesem verdrehbar sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wellenschaltsystem zum Schalten einer Getriebeeinheit gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 näher definierten Art. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung eine Getriebeanordnung mit einer Getriebeeinheit und einem Wellenschaltsystem gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruchs 20 näher definierten Art.
Mehrstufige Schaltgetriebe von Kraftfahrzeugen sind mit Ausnahme von Planeten-Automatgetrieben und Doppelkupplungsgetrieben üblicherweise als Vorgelegegetriebe mit mindestens zwei achsparallelen Getriebewellen ausgebildet, die selektiv über mehrere Gangradsätze mit unterschiedlicher Übersetzung miteinander in Triebverbindung bringbar sind. Die Gangradsätze weisen jeweils mindestens ein auf einer der beiden Getriebewellen drehfest angeordnetes Festrad und ein auf der anderen Getriebewelle drehbar gelagertes Losrad auf. Bei den Vorwärtsgängen steht das jeweilige Losrad unmittelbar mit dem zugeordneten Festrad in Verzahnungseingriff und ist mittels einer zugeordneten Gangkupplung mit der betreffenden Getriebewelle drehfest verbindbar. Bei dem Rückwärtsgang steht das Losrad zur Drehrichtungsumkehr über ein Zwischenrad mit dem zugeordneten Festrad in Triebverbindung. Durch das Schließen der jeweiligen Gangkupplung wird das Losrad des betreffenden Gangradsatzes mit der zugeordneten Getriebewelle drehfest verbunden und damit der betreffende Gang getriebeintern eingelegt. Durch das Öffnen der Gangkupplung wird die drehfeste Verbindung des Losrades mit der zugeordneten Getriebewelle wieder gelöst und damit der betreffende Gang getriebeintern ausgelegt. Üblicherweise sind die Gangkupplungen als sperrsynchronisierte oder unsynchronisierte Klauenkupplungen ausgebildet, die jeweils über eine drehfest und axial verschiebbar auf der betreffenden Getriebewelle angeordnete Schaltmuffe einrückbar und ausrückbar sind.
Zur Betätigung der Schaltmuffe und somit zum getriebeinternen Ein- und Auslegen eines Gangs sind im Wesentlichen zwei Bauarten von Schaltelementen bekannt. Zum einen können die Schaltelemente als gabelförmige Schaltschwingen ausgebildet sein, die jeweils um eine quer zu den Getriebewellen ausgerichtete Lagerachse schwenkbar gelagert sind und durch den Eingriff von Gleitsteinen in eine äußere Ringnut einer Schaltmuffe mit der Gangkupplung eines Gangs in Stellverbindung stehen. Zum anderen können die Schaltelemente als Schaltgabeln ausgebildet sein, die jeweils achsparallel zu den Getriebewellen verschiebbar gelagert sind und ebenfalls durch den Eingriff von Gleitsteinen in eine äußere Ringnut einer Schaltmuffe mit der Gangkupplung eines Gangs in Stellverbindung stehen. Zur Begrenzung des Bauraumbedarfs sind die Losräder von zwei benachbarten Gangradsätzen jeweils bevorzugt auf derselben Getriebewelle angeordnet, und die betreffenden zwei Gangkupplungen sind in einer Doppelkupplungsanordnung mit einer gemeinsamen Schaltmuffe zusammengefasst, wodurch das Einlegen und Auslegen der betreffenden zwei Gänge durch eine Verschwenkung oder Axialverschiebung des betreffenden Schaltelementes in jeweils entgegengesetzten Richtungen erfolgt.
Wähl- und Schaltvorgänge werden bei manuell schaltbaren Getrieben über Gestänge- oder Seilzugvorrichtungen, die mit einem von dem Fahrer betätigbaren Handschalthebel in Stellverbindung stehen, in das Schaltgetriebe eingeleitet. Bei automatisiert schaltbaren Getrieben erfolgt dies mittels Wähl- und Schaltaktuatoren, die von einem Getriebesteuergerät ansteuerbar sind. Wenn die Einleitung der Wähl- und Schaltvorgänge, wie es vorliegend vorgesehen ist, in eine achsparallel zu den Getriebewellen angeordnete Schaltwelle erfolgt, besteht ein Wählvorgang in einer Drehung der Schaltwelle um ihre Längsachse, mit der diese formschlüssig mit einem von mehreren Schaltelementen, wie Schaltschwingen oder Schaltgabeln, gekoppelt beziehungsweise entkoppelt wird. Ein Schaltvorgang erfolgt durch eine Axialverschiebung der Schaltwelle, wodurch das angekoppelte Schaltelement im Fall einer Ausführung als Schaltschwinge um ihre Lagerachse verschwenkt und im Fall einer Ausführung als Schaltgabel axial verschoben wird, wodurch die Gangkupplung eines der zugeordneten Gänge ein- oder ausgerückt wird.
Die nicht an die Schaltwelle angekoppelten Schaltelemente müssen jeweils in ihrer Neutralposition verbleiben, da ihre unabsichtliche Verschwenkung oder Axialverschiebung zum gleichzeitigen Einlegen von mehr als einem Gang und somit zum Blockieren des Schaltgetriebes führen würde. Hierzu gelegentlich vorgesehene Rastierungen, die zwischen den Schaltelementen und gehäusefesten Bauteilen angeordnet sind, können zum Beispiel durch eine Ermüdung der zugehörigen Federelemente versagen oder durch Erschütterungen des Kraftfahrzeugs unwirksam werden, so dass diese Rastierungen keine optimale Funktionssicherheit bieten. Daher ist häufig eine mit der Schaltwelle in Wirkverbindung stehende Sperrvorrichtung vorgesehen, durch die das angekoppelte Schaltelement für eine Schaltung entsperrt ist und die nicht angekoppelten Schaltelemente formschlüssig in ihrer Neutralposition gehalten werden.
In der EP 0 731 885 B1 ist eine derartige Schaltvorrichtung beschrieben, bei der jeweils benachbart zu einem Mitnahmesteg jeder Schaltschwinge oder Schaltgabel ein hülsenförmiger Grundkörper drehfest und axial unverschiebbar auf der Schaltwelle befestigt ist. Die Grundkörper weisen jeweils einen gabelförmigen Mitnehmer und eine umfangsseitig verlaufende rampenförmige Nut auf. In den Mitnahmestegen der Schaltelemente ist jeweils ein in einer radialen Bohrung geführter Sperrbolzen angeordnet, der endseitig in Kontakt mit der Ringnut des zugeordneten Grundkörpers steht und von dieser gegen die Rückstellkraft einer Druckfeder in eine Sperrbohrung des Getriebegehäuses gedrückt wird. Die gabelförmigen Mitnehmer und die rampenförmigen Nuten sind umfangsseitig derart versetzt zueinander auf der Schaltwelle beziehungsweise den Grundkörpern angeordnet, dass in jeder einer Wählstellung entsprechenden Drehposition der Schaltwelle ein Mitnehmer den Mitnahmesteg des zugeordneten Schaltelementes umfasst und der betreffende Sperrbolzen außer Eingriff mit der zugeordneten Sperrbohrung steht. Die übrigen Mitnehmer stehen jeweils außer Eingriff mit den Mitnahmestegen der zugeordneten Schaltelemente, und die übrigen Sperrbolzen greifen jeweils in die betreffenden Sperrbohrungen ein.
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und 20 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und den Zeichnungen.
Es wird ein Wellenschaltsystem zum Schalten einer Getriebeeinheit vorgeschlagen. Die Getriebeeinheit umfasst hierbei vorzugsweise mehrere Getriebe, die hintereinander geschaltet sind. Vorzugsweise umfasst die Getriebeeinheit ein Hauptgetriebe, insbesondere ein Vorgelegegetriebe, das in mehrere Schaltstellungen, insbesondere einen ersten bis vierten Gang, fünften bis achten Gang, einen Rückwärtsgang und einen Kriechgang, geschalten werden kann. Des Weiteren umfasst die Getriebeeinheit vorzugsweise ein Nebengetriebe, das insbesondere als Planetengetriebe ausgebildet ist. Das Planetengetriebe kann vorzugsweise zwischen zwei Schaltstellungen, nämlich insbesondere einem Low-Gang (mit großer Übersetzung) und einem High-Gang (mit kleiner Übersetzung) geschalten werden.
Das Wellenschaltsystem umfasst mehrere Schaltelemente. Die Schaltelemente sind dafür vorgesehen, um mit axialverschieblichen Schaltmuffen der Getriebeeinheit in Eingriff zu stehen. Zum axialen Verschieben der dafür vorgesehenen Schaltmuffen sind die Schaltelemente schwenkbar oder axial verschiebbar. Die Schaltelemente können demnach als Schaltgabeln oder Schaltschwingen ausgebildet sein.
Das Wellenschaltsystem umfasst ferner eine Sperrwelle. Die Sperrwelle umfasst jeweils pro Schaltelement eine Sperröffnung mit einem sich in Umfangsrichtung erstreckenden Sperrbereich und einem sich in Axialrichtung erstreckenden Schaltbereich. Wenn das jeweils zugeordnete Schaltelement im Sperrbereich angeordnet ist, ist dessen axiale Position festgelegt. Im Schaltbereich kann das Schaltelement hingegen in Axialrichtung verlagert werden.
Neben der Sperrwelle umfasst das Wellenschaltsystem ferner eine zur Sperrwelle koaxiale Schaltwelle. Die Schaltwelle umfasst jeweils pro Schaltelement eine sich in Umfangsrichtung erstreckende und im zugeordneten Schaltbereich angeordnete Mitnahmeöffnung. Die Mitnahmeöffnung ist durch eine relative Axialverschiebung der Schaltwelle gegenüber der Sperrwelle zwischen einer Neutralstellung und zumindest einer ersten Schaltstellung verschiebbar.
Die Schaltelemente ragen mit einem jeweiligen Eingriffsende radial von außen in die Sperrwelle und die Schaltwelle hinein. Um die Eingriffsenden der Schaltelemente zu den Schaltbereichen ausrichten zu können, sind die Sperrwelle und die Schaltwelle gemeinsam um ihre Längsachse gegenüber den Eingriffsenden verdrehbar, wenn die Eingriffsenden in Axialrichtung zu ihrem jeweils zugeordneten Sperrbereich ausgerichtet sind. Beim gemeinsamen Rotieren der Sperrwelle und der Schaltwelle bewegen sich somit die Eingriffsenden in Umfangsrichtung innerhalb der Sperrbereiche.
Des Weiteren sind die Eingriffsenden zum Schalten der Getriebeeinheit, d.h. zum axialen Verschieben der dafür vorgesehenen Schaltmuffen, mittels axialer Verschiebung der Mitnahmeöffnung zwischen der Neutralstellung und der zumindest einen ersten Schaltstellung verlagerbar. Die Eingriffsenden der Schaltelemente können somit mittels der Mitnahmeöffnungen bzw. durch eine axiale Verschiebung der Schaltwelle verlagert werden, wenn die Eingriffsenden in Umfangsrichtung durch gemeinsame Verdrehung der beiden Wellen zum jeweils zugeordneten Schaltbereich ausgerichtet sind.
Zumindest einer der Sperrbereiche – mittels dem die beiden Wellen gegenüber dem Schaltelementen verdrehbar sind, wenn deren Eingriffsenden zu den Sperrbereichen ausgerichtet sind – ist als erster Schalt-Sperrbereich ausgebildet. Der erste Schalt-Sperrbereich ist in Axialrichtung im Bereich der ersten Schaltstellung angeordnet. Infolgedessen sind die beiden Wellen, d.h. die Sperrwelle und die Schaltwelle, bei in erster Schaltstellung befindlichem Eingriffsende gegenüber diesem verdrehbar. Vorteilhafterweise können die beiden Wellen somit selbst dann noch verdreht werden, wenn eines der Eingriffsenden eines Schaltelementes in Axialrichtung in die erste Schaltstellung verschoben ist. Infolgedessen kann das einem ersten Getriebe der Getriebeeinheit zugeordnete Schaltelement in die erste Schaltstellung geschaltet werden und zugleich durch Verdrehen der beiden Wellen ein zweites Schaltelement, das einem zweiten Getriebe der Getriebeeinheit zugeordnet ist, durch Verdrehung der beiden Wellen in den jeweils zugeordneten Schaltbereich rotiert werden. Hierdurch kann somit, wenn eines der beiden Getriebe geschaltet ist, auch das zweite Getriebe gleichzeitig geschaltet werden. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Getriebeeinheit ein Hauptgetriebe, insbesondere ein Vorgelegegetriebe, und ein Nebengetriebe, insbesondere ein Planetengetriebe, umfasst. Hierbei kann das Nebengetriebe beispielsweise zunächst in die erste Schaltstellung geschaltet werden. Anschließend kann eine Verdrehung der beiden Wellen gegenüber den Schaltelementen erfolgen, da das Schaltelement des Nebengetriebes bzw. dessen Eingriffsende in dem ersten Schalt-Sperrbereich eingreift. Durch entsprechende gemeinsame Rotation der Schaltwelle und der Sperrwelle kann somit das dem zweiten Getriebe, insbesondere dem Vorgelegegetriebe, zugeordnete Schaltelement bzw. dessen Eingriffsende in den jeweils zugeordneten Schaltbereich rotiert werden. Bei umfangsmäßiger Ausrichtung des Schaltbereiches zum Eingriffsende des jeweils zugeordneten Schaltelementes kann durch entsprechende Axialverschiebung der Schaltwelle das Eingriffsende des Schaltelementes ebenfalls in die erste Schaltstellung verschoben werden. Somit ist sowohl das Hauptgetriebe als auch das Nebengetriebe der Getriebeeinheit geschaltet.
Vorteilhafterweise kann somit mittels eines einzigen Wellenschaltsystems eine aus mehreren Getrieben bestehende Getriebeeinheit geschaltet werden. Hierdurch können zusätzliche Baueinheiten eingespart werden, so dass das Wellenschaltsystem im Vergleich zu bisher bekannten Wellenschaltsystemen deutlich günstiger herzustellen ist. Des Weiteren wird der konstruktive Aufwand des Wellenschaltsystems reduziert, da lediglich zwei Aktuatoren, nämlich ein erster zum axialen Verschieben und ein zweiter zum Rotieren der beiden Wellen, benötigt werden.
Vorteilhaft ist es, wenn zumindest eines der Schaltelemente als erstes Hauptschaltelement zum Schalten eines Hauptgetriebes und eines als Nebenschaltelement zum Schalten eines Nebengetriebes ausgebildet ist. Hierbei ist vorzugsweise der Sperrbereich des Nebenschaltgetriebes, insbesondere eines Planetengetriebes, als erster Schalt-Sperrbereich ausgebildet. Vorteilhafterweise kann somit bei geschaltetem Nebengetriebe auch das zumindest eine Hauptschaltelement in Schaltposition rotiert und dann geschaltet werden.
Ebenso ist es vorteilhaft, wenn der dem ersten Hauptschaltelement zugeordnete Sperrbereich als in Axialrichtung im Bereich der Neutralstellung angeordneter erster Neutral-Sperrbereich ausgebildet ist. Der erste Schalt-Sperrbereich ist somit in der ersten Schaltstellung und der erste Neutral-Sperrbereich in der Neutralstellung angeordnet. Vorteilhafterweise kann somit bei in dem ersten Schalt-Sperrbereich geschaltetem Eingriffsende auch das Eingriffsende des dem Hauptgetriebe zugeordneten Schaltelementes in den jeweils zugeordneten Schaltbereich rotiert werden, da sich dieser in Neutralstellung befindet bzw. in den in Neutralstellung angeordneten ersten Neutral-Sperrbereich eingreift.
Damit alle Hauptschaltelemente zu ihrem jeweils zugeordneten Schaltbereich rotiert werden können, ist es vorteilhaft, wenn der erste Schalt-Sperrbereich und der zumindest eine Neutral-Sperrbereich in Umfangsrichtung die gleiche Länge aufweisen. Hierdurch kann bei geschaltetem Nebenschaltelements, d.h. wenn dessen Eingriffsende in den ersten Schalt-Sperrbereich eingreift, auch das Hauptschaltelement zu seinem zugeordneten Schaltbereich über eine Rotation der beiden Wellen ausgerichtet werden, da das Eingriffsende des Hauptschaltelementes in den zugeordneten Neutral-Sperrbereich eingreift. Dadurch, dass sowohl der erste Schalt-Sperrbereich als auch der Neutral-Sperrbereich in Umfangsrichtung die gleiche Länge aufweisen, können deren jeweils zugeordneten Schaltelemente bis zum jeweiligen Schaltbereich rotiert werden.
Zusätzlich oder alternativ ist es diesbezüglich ferner vorteilhaft, wenn sich der erste Schalt-Sperrbereich und der zumindest eine Neutral-Sperrbereich in Umfangsrichtung über das gleiche Winkelintervall erstrecken. Sie sind somit zueinander in Umfangsrichtung nicht versetzt.
Um sicherstellen zu können, dass bei axialer Verschiebung der Schaltwelle nicht beide Schaltelemente, d.h. das Hauptschaltelement und das Nebenschaltelement, gleichzeitig geschaltet werden, ist es vorteilhaft, wenn ein dem Nebenschaltelement zugeordneter Nebenschaltbereich in Umfangsrichtung in einem ersten Winkelintervall und ein dem ersten Hauptschaltelement zugeordneter erster Hauptschaltbereich in einem zu diesem in Umfangsrichtung versetzten zweiten Winkelintervall angeordnet ist. In diesem Fall muss somit zunächst das Nebenschaltelement durch axiale Verschiebung innerhalb des Nebenschaltbereiches in die erste Schaltstellung bewegt werden. Anschließend kann das Nebenschaltelement über den ersten Schalt-Sperrbereich zusammen mit dem Hauptschaltelement soweit relativ gegenüber den beiden Wellen rotiert werden, dass das Hauptschaltelement in dem ihm zugeordneten ersten Hauptschaltbereich liegt. Somit kann sequenziell in einem zweiten Schaltschritt auch das Hauptschaltelement geschaltet werden, indem dessen Eingriffsende innerhalb des ihm zugeordneten ersten Hauptschaltbereiches in Axialrichtung in die erste Schaltposition verschoben wird.
Vorteilhaft ist es, wenn der Nebenschaltbereich und der erste Hauptschaltbereich zueinander in Umfangsrichtung beabstandet sind. Zwischen diesen beiden ist somit vorzugsweise ein Zwischenintervall ausgebildet. In diesem Zwischenintervall befindet sich somit kein Schaltbereich. Bei im Zwischenintervall angeordneten Schaltelementen bzw. Eingriffsenden kann somit keines dieser in Axialrichtung verschoben werden.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn die Mitnahmeöffnungen in einer zur ersten Schaltstellung entgegengesetzten Richtung in eine zweite Schaltstellung axial verschiebbar sind. Vorteilhafterweise ist somit die Neutralstellung der Eingriffsenden zwischen den beiden Schaltstellungen angeordnet. Hierdurch kann das Nebenschaltelement als auch das zumindest eine Hauptschaltelement aus der Neutralstellung in zwei zueinander entgegengerichtete Schaltstellungen geschaltet werden.
Damit die beiden Wellen, d.h. die Schaltwelle und die Sperrwelle, auch in der zweiten Schaltstellung des Nebenschaltelementes gedreht werden können, ist es vorteilhaft, wenn das Nebenschaltelement einen zweiten Schalt-Sperrbereich aufweist. Dieser ist vorzugsweise in Axialrichtung im Bereich der zweiten Schaltstellung angeordnet. Hierdurch kann das zumindest eine Hauptschaltelement bzw. dessen Eingriffsende bis zu seinem jeweils zugeordneten Schaltbereich gedreht werden, selbst wenn das Nebenschaltelement in der ersten oder zweiten Schaltstellung ist, da dieses aufgrund des ersten sowie zweiten Schalt-Sperrbereichs relativverdrehbar aufgenommen ist.
Vorteilhaft ist es, wenn das Wellenschaltsystem mehrere Hauptschaltelemente, insbesondere drei, aufweist. Die Hauptschaltelemente sind hierbei einem Hauptschaltgetriebe zugeordnet. Vorzugsweise ist ein erstes Hauptschaltelement zum Schalten eines dritten und vierten Ganges, ein zweites Hauptschaltelement zum Schalten eines ersten und zweiten Ganges und/oder ein drittes Hauptschaltelement zum Schalten zwischen einem Rückwärts- und einem Kriechgang zugeordnet, wobei das Nebenschaltelement hierfür insbesondere im ersten Schalt-Sperrbereich aufgenommen ist. Ferner ist vorzugsweise das erste Hauptschaltelement zum Schalten eines siebten und achten Ganges und das zweite Hauptschaltelement zum Schalten eines fünften und sechsten Ganges zugeordnet, wobei das Nebenschaltelement hierfür vorzugsweise im zweiten Schalt-Sperrbereich aufgenommen ist.
Um schnelle Schaltzeiten sicherstellen zu können, ist es vorteilhaft, wenn die Hauptschaltbereiche, die dem jeweiligen Hauptschaltelement zugeordnet sind, zueinander in Umfangsrichtung, vorzugsweise stufenweise und/oder unmittelbar aneinander angrenzend, in unterschiedlichen Winkelintervallen angeordnet sind.
Vorteilhaft ist es, wenn die beiden Schalt-Sperrbereiche, insbesondere vom gemeinsamen Neben-Schaltbereich ausgehend, in Umfangsrichtung unterschiedlich lang sind. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass beispielsweise mit dem kürzeren der beiden Schalt-Sperrbereiche zumindest eines der Hauptschaltelemente nicht geschaltet werden kann. Diesbezüglich ist es somit beispielsweise vorteilhaft, wenn sich der zweite Schalt-Sperrbereich nicht bis zum dritten Hauptschaltbereich des dritten Hauptschaltelementes erstreckt, sondern an oder vor diesem endet. Hierdurch kann beispielsweise vermieden werden, dass bei im zweiten Schalt-Sperrbereich geschaltetem Nebenschaltelement – in dem das Planetengetriebe beispielsweise auf „High“ geschalten ist – nicht der dem dritten Schaltelement zugeordnete Rückwärtsgang oder Kriechgang eingelegt werden kann.
Diesbezüglich ist es somit vorteilhaft, wenn sich der erste Schalt-Sperrbereich in Umfangsrichtung vom Nebenschaltbereich ausgehend über alle Hauptschaltbereiche erstreckt und/oder der zweite Schalt-Sperrbereich am und/oder vor dem letzten Hauptschaltbereich endet.
Zum axialen Verschieben der Schaltwelle ist es vorteilhaft, wenn das Wellenschaltsystem einen mit der Schaltwelle verbundenen, insbesondere pneumatischen und/oder hydraulischen, ersten Stellzylinder aufweist, der in Axialrichtung vorzugsweise in drei Positionen verfahrbar ist. Hierdurch kann mittels des ersten Stellzylinders die Schaltwelle in die drei Schaltstellungen, nämlich Neutralstellung, erste Schaltstellung und zweite Schaltstellung, verfahren werden.
Zum gemeinsamen Rotieren der beiden Wellen, d.h. der Schaltwelle und der Sperrwelle, ist es vorteilhaft, wenn das Wellenschaltsystem einen mit den beiden Wellen verbundenen Rotationsmotor, insbesondere einen Elektromotor, aufweist. Unter dem Begriff „Rotationsmotor“ ist ein Antrieb zu verstehen, der eine rotierende Ausgangswelle aufweist. Hierdurch können die beiden Wellen in beliebig viele Stellungen rotiert werden. Vorzugsweise können mittels des Rotationsmotors die beiden Wellen derart relativ zu den Schaltelementen rotiert werden, dass deren Eingriffsenden in fünf unterschiedliche Winkelintervalle rotiert werden können. Hierbei befinden sich die Eingriffsenden der Schaltelemente im ersten Winkelintervall auf Höhe des Nebenschaltbereiches, im zweiten Winkelintervall auf Höhe des Zwischenintervalls, im dritten Winkelintervall auf Höhe des ersten Hauptschaltbereiches, im vierten Winkelintervall auf Höhe des zweiten Hauptschaltbereiches und im fünften Winkelintervall auf Höhe des dritten Hauptschaltbereiches.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das Wellenschaltsystem alternativ zum Rotationsmotor einen, insbesondere pneumatischen und/oder hydraulischen, zweiten Stellzylinder zum gemeinsamen Rotieren der beiden Wellen auf. Der zweite Stellzylinder ist vorzugsweise in Axialrichtung in vier Positionen verfahrbar.
Zusätzlich zum zweiten Stellzylinder ist es vorteilhaft, wenn das Wellenschaltsystem einen Wandlermechanismus aufweist, mittels dem die Axialverschiebung des zweiten Stellzylinders in eine Rotationsbewegung der beiden Wellen umwandelbar ist. Hierdurch könnten die axiale Verschiebung der Schaltwelle und die gemeinsame Rotation der beiden Wellen ausschließlich über axialverschiebbare Stellzylinder erfolgen.
Eine sehr kostengünstige und einfache Umsetzung des Wandlermechanismus könnte dadurch bewirkt werden, wenn dieser ein durch den zweiten Stellzylinder axial verschiebbares Anschlagselement aufweist, das in eine, insbesondere helixförmige, Führung der Schaltwelle und/oder der Sperrwelle eingreift. Hierdurch würde die durch den zweiten Stellzylinder hervorgerufene Axialverschiebung des Anschlagselementes in eine Rotationsbewegung der Schaltwelle und der Sperrwelle umgewandelt werden.
Vorzugsweise ist der zweite Stellzylinder, wie vorstehend erwähnt, in vier Positionen verfahrbar. Über diese vier Axialpositionen können die beiden Wellen in vier unterschiedliche Winkelpositionen verfahren werden. Hierbei sind die Eingriffsenden der Schaltelemente vorzugsweise in einer ersten Stellposition in Umfangsrichtung zum Nebenschaltbereich ausgerichtet. In einer zweiten, dritten und vierten Schaltstellung sind die Eingriffsenden der Schaltelemente, insbesondere der Hauptschaltelemente, insbesondere zum ersten, zweiten und dritten Hauptschaltbereich ausgerichtet. Bei einem in vier Stellpositionen verfahrbaren zweiten Stellzylinder können die Eingriffsenden somit nicht in eine fünfte Zwischenintervallstellung verfahren werden. Bei einem Einsatz eines derartigen zweiten Stellzylinders ist es deshalb vorteilhaft, wenn die Schaltwelle zumindest eine Rückstellschräge aufweist, mittels der die in der ersten oder zweiten Schaltstellung befindliche Schaltwelle bei einer ersten Wellenrotation, d.h. in einer ersten Rotationsrichtung, zurück in die Neutralstellung verschiebbar ist.
Diesbezüglich ist es somit vorteilhaft, wenn die Schaltwelle eine erste Rückstellschräge aufweist, die bei in erster Schaltstellung befindlicher Schaltwelle derart im Neutral-Sperrbereich zumindest eines Hauptschaltelementes, angeordnet ist, dass das in diesen eingreifende Eingriffsende bei erster Wellenrotation, d.h. bei Rotation in eine erste Umfangsrichtung, gegen die erste Rückstellschräge anläuft. Durch die Rotation der beiden Wellen wird somit durch das an die erste Rückstellschräge anlaufende Eingriffsende die Schaltwelle automatisch wieder in ihre Neutralposition zurückgeschoben.
Zusätzlich oder alternativ ist es ferner vorteilhaft, wenn eine zweite Rückstellschräge bei in zweiter Schaltstellung befindlicher Schaltwelle derart im Neutral-Sperrbereich angeordnet ist, dass das in diesen eingreifende Eingriffsende bei erster Wellenrotation, d.h. bei Rotation in die erste Umfangsrichtung, gegen die zweite Rückstellschräge anläuft. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass die Schaltwelle, wenn diese in die erste oder zweite Schaltstellung ausgerückt ist, bei Rotation automatisch über die beiden Rückstellschrägen wieder zurück in ihre Neutralstellung führbar ist. Hierdurch kann vorteilhafterweise eine fünfte Stellposition des zweiten Stellzylinders eingespart werden.
Diesbezüglich ist es ferner vorteilhaft, wenn die Schaltwelle zumindest eine Ausstellschräge aufweist, mittels der die in der Neutralstellung befindliche Schaltwelle bei zur ersten Wellenrotation entgegengesetzter zweiter Wellenrotation wieder zurück in die erste oder zweite Schaltstellung verschiebbar ist. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass die Mitnahmeöffnung des dem Nebenschaltelement zugeordneten Eingriffsendes wieder automatisch in die erste oder zweite Schaltstellung verfahren wird, so dass das Eingriffsende des Nebenschaltelementes aus einem der Schalt-Sperrbereiche wieder zurück in den Nebenschaltbereich bewegbar ist.
Demnach ist es vorteilhaft, wenn eine erste Ausstellschräge bei in Neutralstellung befindlicher Schaltwelle derart im ersten Schalt-Sperrbereich angeordnet ist, dass das in diesen eingreifende Eingriffsende bei Wellenrotation gegen die erste Ausstellschräge anläuft.
Zusätzlich oder alternativ ist es ferner vorteilhaft, wenn eine zweite Ausstellschräge bei in Neutralstellung befindlicher Schaltwelle derart im zweiten Schalt-Sperrbereich angeordnet ist, dass das in diesen eingreifende Eingriffsende bei Wellenrotation gegen die zweite Ausstellschräge anläuft. Auch in diesem Fall kann eine fünfte Stellposition des zweiten Stellzylinders eingespart werden.
Vorteilhaft ist es, wenn die zumindest eine Rückstellschräge und/oder Ausstellschräge in Umfangsrichtung im Bereich des Zwischenintervalls angeordnet ist.
Vorgeschlagen wird ferner eine Getriebeanordnung mit einer Getriebeeinheit, die ein Hauptgetriebe, insbesondere ein Vorgelegegetriebe, und ein Nebengetriebe, insbesondere ein Planetengetriebe, umfasst. Des Weiteren weist die Getriebeanordnung ein Wellenschaltsystem auf. Dieses ist gemäß der vorangegangenen Beschreibung ausgebildet, wobei die genannten Merkmale einzeln oder in beliebiger Kombination vorhanden sein können.
Nachfolgend ist die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine perspektivische Darstellung einer Getriebeanordnung,
2 eine perspektivische Darstellung eines Wellenschaltsystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, bei dem die Wellenrotation über einen Rotationsmotor erfolgt,
3 eine perspektivische Darstellung eines Wellenschaltsystems gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, bei dem die Wellenrotation über einen axial verschiebbaren Stellzylinder und einem Wandlermechanismus erfolgt,
4 ein erstes Ausführungsbeispiel der Sperrwelle und der Schaltwelle in schematischer Darstellung,
5a bis 5f die einzelnen sequentiellen Schritte zum Schalten des Nebengetriebes in die erste Schaltstellung und des Hauptgetriebes in die erste und zweite Schaltstellung gemäß dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel,
6a bis 6f die einzelnen sequentiellen Schritte zum Schalten des Nebengetriebes in die zweite Schaltstellung und des Hauptgetriebes in die erste und zweite Schaltstellung gemäß dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel,
7 ein zweites Ausführungsbeispiel der Sperrwelle und der Schaltwelle in schematischer Darstellung mit Rückstellschrägen und Ausstellschrägen,
8a bis 8f die einzelnen sequentiellen Schritte zum Schalten des Nebengetriebes in die erste Schaltstellung und des Hauptgetriebes in die erste und zweite Schaltstellung sowie zum Zurückschalten dieser wieder in die Neutralstellung gemäß dem in 7 dargestellten Ausführungsbeispiel und
9a bis 9d die einzelnen sequentiellen Schritte zum Schalten des Nebengetriebes in die zweite Schaltstellung und des Hauptgetriebes in die erste und zweite Schaltstellung sowie zum Zurückschalten dieser wieder in die Neutralstellung gemäß dem in 7 dargestellten Ausführungsbeispiel.
1 zeigt eine Getriebeanordnung 1 mit einer Getriebeeinheit 2, die mittels eines Wellenschaltsystems 3 geschalten werden kann. Die Getriebeeinheit 2 umfasst mehrere Getriebe. Vorliegend weist die Getriebeeinheit 2 ein Hauptgetriebe 4 und ein Nebengetriebe 5 auf. Das Hauptgetriebe 4 ist vorliegend als Vorgelegegetriebe ausgebildet. Es umfasst drei Hauptschaltmuffen 6, von denen aus Gründen der Übersichtlichkeit lediglich eine mit einem Bezugszeichen versehen ist. Des Weiteren umfasst das Nebengetriebe 5 eine Nebenschaltmuffe 7. Die Hauptschaltmuffen 6 und Nebenschaltmuffen 7 können aus einer mittigen Neutralstellung in Axialrichtung in eine erste Schaltstellung sowie in entgegengesetzter Richtung in eine zweite Schaltstellung verschoben werden. Hierfür korrespondieren die Schaltmuffen 6, 7 jeweils mit einem Schaltelement des Wellenschaltsystems 3.
Vorliegend werden die mit dem Hauptgetriebe 4 korrespondierenden Schaltelemente als Hauptschaltelemente 8, 9, 10 bezeichnet. Das mit dem Nebengetriebe 5 korrespondierende Schaltelement wird ferner als Nebenschaltelement 11 bezeichnet. Die Schaltelemente sind vorliegend als Schaltschwingen ausgebildet. Alternativ könnten diese aber auch als Schaltgabeln ausgebildet sein.
Das Nebengetriebe 5 ist vorliegend als Planetengetriebe ausgebildet. Mittels des Nebenschaltelements 11 kann die Nebenschaltmuffe 7 aus der Neutralstellung in eine erste Schaltstellung geschalten werden. In dieser gemäß den vorliegenden Abbildungen nach rechts verschobenen Schaltstellung ist das Nebengetriebe 5 in eine große Übersetzung geschaltet, wobei dieser Gang im Folgenden gemäß dem englischen Begriff „low“ als L-Gang bezeichnet wird. In einer nach rechts verschobenen zweiten Schaltstellung kann das Nebengetriebe 5 bzw. Planetengetriebe in eine kleine Übersetzung geschaltet werden, wobei dieser Gang vorliegend gemäß dem englischen Begriff „high“ als H-Gang bezeichnet wird. Mittels des Nebengetriebes 5 können die Gänge des Hauptgetriebes 4 verdoppelt werden. Demnach kann bei auf „low“ geschaltetem Nebengetriebe 5 mittels des ersten Hauptschaltelementes 8 ein dritter und vierter Gang, mittels des zweiten Hauptschaltelementes 9 ein erster und zweiter Gang und mittels des dritten Hauptschaltelementes zwischen einem Rückwärtsgang und einem Kriechgang geschaltet werden. Wenn das Nebengetriebe 5 auf „high“ geschaltet ist, kann mittels des ersten Hauptschaltelementes 8 ein siebter und achter Gang und mittels des zweiten Hauptschaltelementes 9 ein fünfter und sechster Gang geschaltet werden. Aufgrund der speziellen Ausgestaltung des Wellenschaltsystems 3, auf die nachfolgend noch detailliert eingegangen wird, kann das dritte Hauptschaltelement 10 bei auf „high“ geschaltetem Nebengetriebe 5 nicht geschaltet werden. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass bei auf „high“ geschaltem Planetengetriebe weder der Rückwärtsgang noch der Kriechgang eingelegt werden können.
In 2 ist das Wellenschaltsystem 3 separat dargestellt. Das Wellenschaltsystem 3 umfasst im Wesentlichen eine Sperrwelle 12, eine Schaltwelle 13 und zwei Aktuatoren, mittels denen die Schaltwelle 13 axial verschoben und beide Wellen gemeinsam rotiert werden können. Die Sperrwelle 12 und die Schaltwelle 13 sind zueinander koaxial angeordnet. Des Weiteren befindet sich die Schaltwelle 13 im Inneren der Sperrwelle 12.
An einem ihrer beiden Enden weisen die beiden Wellen 12, 13 einen ersten Aktuator 14 auf. Mittels des ersten Aktuators 14 können die beiden Wellen 12, 13 gemeinsam um ihre Längsachse rotiert werden. Am anderen Ende der beiden Wellen 12, 13 ist ein zweiter Aktuator 15 angeordnet. Dieser zweite Aktuator 15 ist ausschließlich mit der Schaltwelle 13 gekoppelt. Mittels des zweiten Aktuators 15 kann die Schaltwelle 13 in Axialrichtung verschoben werden. Demnach kann die Schaltwelle 13 aus einer hier dargestellten Neutralstellung in Axialrichtung abbildungsgemäß nach links in eine erste Schaltstellung und bei Verschiebung in entgegengesetzte Richtung, d.h. abbildungsgemäß nach rechts, in eine zweite Schaltstellung verschoben werden.
Gemäß dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der erste Aktuator 14 als Rotationsmotor ausgebildet. Hierbei handelt es sich vorzugsweise um einen Elektromotor 16. Der zweite Aktuator 15 ist im Gegensatz dazu als erster Stellzylinder 17 ausgebildet. Der erste Stellzylinder 17 kann in Axialrichtung in drei Positionen verfahren werden. Hierbei stellt eine mittige Position die Neutralstellung dar. In einer ersten axial verfahrenen Position befindet sich der erste Stellzylinder 17 in der ersten Schaltstellung. Bei Bewegung des Stellzylinders 17 in entgegengesetzter Richtung kann dieser in die zweite Schaltstellung bewegt werden. Der erste Stellzylinder 17 ist mit der Schaltwelle 13 verbunden, so dass diese mittels des in drei Stellungen verfahrbaren ersten Stellzylinders 17 aus der Neutralstellung in die erste und zweite Schaltstellung verfahrbar ist.
Alternativ kann das Wellenschaltsystem 3 gemäß dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel aber auch vollständig pneumatisch und/oder hydraulisch angesteuert sein. Hierfür weist das Wellenschaltsystem 3 anstelle des in dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel verwendeten Elektromotors 16 einen zweiten Stellzylinder 18 auf. Der zweite Stellzylinder 18 ist in Axialrichtung in vier Positionen verfahrbar. Um mittels dieser Axialverschiebung eine gemeinsame Rotation der Schaltwelle 13 und Sperrwelle 12 hervorrufen zu können, korrespondiert der zweite Stellzylinder 18 mit einem Wandlermechanismus 19, der die Axialbewegung in eine Rotationsbewegung umwandelt. Der Wandermechanismus 19 umfasst ein axial verschiebbares Anschlagselement 20, das mittels des zweiten Stellzylinders 18 in die vier axialen Stellpositionen verfahrbar ist. Das Anschlagselement 20 ist hierbei drehfest mit dem zweiten Stellzylinder 18 verbunden. Des Weiteren umfasst der Wandermechanismus 19 eine helixförmige Führung 21. Die Führung 21 ist in der Sperrwelle 12 und/oder der Schaltwelle 13 ausgebildet. Wird nun der zweite Stellzylinder 18 in Axialrichtung verschoben, bewirkt das in der Führung 21 geführte Anschlagselement 20 eine gemeinsame Rotation der Sperrwelle 12 und der Schaltwelle 13 um ihre Längsachse. Hierdurch kann mittels eines hydraulisch und/oder pneumatisch verschiebbaren zweiten Stellzylinders 18 eine Rotation der beiden Wellen 12, 13 hervorgerufen werden.
Sowohl bei dem in 2 als auch bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel des Wellenschaltsystems 3 ist jedem der Schaltelemente 8, 9, 10, 11 eine Sperröffnung 22, 23, 24, 25 zugeordnet. Über diese jeweilige Sperröffnung 22, 23, 24, 25 ragen die Schaltelemente 8, 9, 10, 11 mit einem jeweils wellenseitigen Eingriffsende radial von außen in die Sperrwelle 12 und die Schaltwelle 13 hinein. Die Eingriffsenden sind in den 2 und 3 nicht ersichtlich, wobei deren Zusammenwirken mit der jeweiligen Sperröffnung 22, 23, 24, 25 in Zusammenhang mit den nachfolgenden Figuren detailliert erläutert wird.
4 zeigt schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel des Schaltmechanismus des Wellenschaltsystems 3. Hierbei sind die Öffnungen der Sperrwelle 12 und der Schaltwelle 13 im Wesentlichen in der Abwicklung dargestellt. So zeigt 4 die radial außen angeordnete Sperrwelle 12 mit ihren Sperröffnung 22, 23, 24, 25.
Jede dieser Sperröffnungen 22, 23, 24, 25 weist einen Sperrbereich auf. Der Sperrbereich erstreckt sich jeweils in Umfangsrichtung der Wellen. Die mit den Hauptschaltelementen 8, 9, 10 des Hauptgetriebes 4 korrespondierenden Sperrbereiche werden im Folgenden als Neutral-Sperrbereiche 26, 27, 28 bezeichnet, da diese in Axialrichtung in der Neutralstellung angeordnet sind. Wenn die Eingriffsenden 29 – von denen aus Gründen der Übersichtlichkeit lediglich das des ersten Hauptschaltelementes 8 mit einem Bezugszeichen versehen ist – der Hauptschaltelemente 8, 9, 10 im jeweils zugeordneten Neutral-Sperrbereich 26, 27, 28 und des Nebenschaltelementes 11 in einem Schalt-Sperrbereich 30, 31 angeordnet sind, können die beiden Wellen, d.h. die Sperrwelle 12 und die Schaltwelle 13, gemeinsam relativ zu den Schaltelementen 8, 9, 10 verdreht werden.
Im Gegensatz zu den Neutral-Sperrbereichen 26, 27, 28 sind die dem Nebenschaltelement 11 zugeordneten Sperrbereiche nicht in der mittigen Neutralstellung, sondern in Axialrichtung in jeweils einer Schaltstellung angeordnet. Aufgrund dessen werden diese im Folgenden als Schalt-Sperrbereiche 30, 31 bezeichnet. Hierbei ist ein erster Schalt-Sperrbereich 30 in der ersten Schaltstellung angeordnet. Ein zweiter Schalt-Sperrbereich 31 ist in einer dazu entgegengesetzten Richtung in der zweiten Schaltstellung angeordnet. Wie in 4 ersichtlich ist, ist der erste Schaltbereich 30 länger ausgebildet als der zweite Schalt-Sperrbereich 31.
Alle Sperrbereiche, d.h. die den Hauptschaltelementen 8, 9, 10 zugeordneten Neutral-Sperrbereiche 26, 27, 28 als auch die beiden dem Nebenschaltelement 11 zugeordneten Schalt-Sperrbereichen 30, 31, erstrecken sich in Umfangsrichtung der beiden Wellen 12, 13.
Gemäß 4 umfasst jede Sperröffnung 22, 23, 24, 25 ferner einen Schaltbereich. Der Schaltbereich erstreckt sich im Gegensatz zum jeweils dazugehörigen Sperrbereich nicht in Umfangsrichtung sondern in Axialrichtung der beiden Wellen 12, 13. Alle Schaltbereiche weisen in Axialrichtung die gleiche Länge auf. Sie erstrecken sich zumindest von der ersten Schaltstellung über die mittige Neutralstellung bis zur zweiten Schaltstellung.
Die dem jeweiligen Hauptschaltelement 8, 9, 10 zugeordneten Schaltbereiche werden im Folgenden als Hauptschaltbereiche 32, 33, 34 bezeichnet. Der dem Nebenschaltelement 11 zugeordnete Schaltbereich wird im Folgenden als Nebenschaltbereich 35 bezeichnet. Der Nebenschaltbereich 35 ist gemäß 4 in einem ersten Winkelintervall 36 angeordnet. Die anderen Schaltbereiche sind zueinander und gegenüber diesem in Umfangsrichtung versetzt angeordnet. Demnach ist der erste Hauptschaltbereich 32 in einem zu diesem in Umfangsrichtung versetzten zweiten Winkelintervall 37 angeordnet. Der zweite Hauptschaltbereich 33 ist in einem dazu versetzten dritten Winkelintervall 38 angeordnet. Ferner ist der dritte Hauptschaltbereich 34 in einem zu diesem in Umfangsrichtung versetzten vierten Winkelintervall 39 angeordnet. Die Winkelintervalle 37, 38, 39 der Hauptschaltbereiche 32, 33, 34 sind zueinander in Umfangsrichtung unmittelbar benachbart angeordnet. Im Gegensatz dazu ist das erste Winkelintervall 36 des Nebenschaltbereich 35 zum ersten Hauptschaltbereich 32 bzw. zum zweiten Winkelintervall 37 in Umfangsrichtung beabstandet. Zwischen dem Nebenschaltbereich 35 und dem ersten Hauptschaltbereich 32 ist somit in Umfangsrichtung ein Zwischenintervall 40 ausgebildet. In dem Zwischenintervall 40 ist kein Schaltbereich angeordnet.
Gemäß 4 weist die Schaltwelle 13, die in der vorliegenden Darstellung größtenteils durch die Sperrwelle 12 verdeckt ist, mehrere Mitnahmeöffnungen 41, 42, 43, 44 auf. Jede dieser Mitnahmeöffnungen 41, 42, 43, 44 ist einem Eingriffsende 29 der Hauptschaltelemente 8, 9, 10 und des Nebenschaltelements 11 zugeordnet. Die Mitnahmeöffnungen 41, 42, 43, 44 sind in Umfangsrichtung im Bereich des jeweils zugeordneten Schaltbereiches angeordnet. Demnach ist beispielsweise die erste Mitnahmeöffnung 41 im ersten Hauptschaltbereich 32 angeordnet.
Die Mitnahmeöffnungen 41, 42, 43, 44 erstrecken sich in Umfangsrichtung. Des Weiteren können diese durch eine relative Axialverschiebung der Schaltwelle 13 gegenüber der Sperrwelle 12 innerhalb des jeweils zugeordneten Schaltbereiches 32, 33, 34, 35 aus der in 4 dargestellten Neutralstellung nach links in die erste Schaltstellung und nach rechts in die zweite Schaltstellung verschoben werden. Wenn durch gemeinsame Rotation der Sperrwelle 12 und der Schaltwelle 13 die jeweils mit diesen korrespondierenden Eingriffsenden 29 der Schaltelemente in Eingriff mit der jeweils zugeordneten Mitnahmeöffnung 41, 42, 43, 44 gebracht sind, können die Eingriffsenden 29 mittels der jeweiligen Mitnahmeöffnung 41, 42, 43, 44 aus der vorliegenden Neutralstellung in die erste oder zweite Schaltstellung verschoben werden. Dies wäre beispielsweise gemäß dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel beim Nebenschaltelement 11 der Fall. So ist dieses, bzw. dessen Eingriffsende, in Umfangsrichtung im ersten Winkelintervall 36 angeordnet. Es liegt somit im Nebenschaltbereich 35 und innerhalb der vierten Mitnahmeöffnung 44. Durch eine axiale Verschiebung der vierten Mitnahmeöffnung 44 kann das Eingriffsende des Nebenschaltelements 11 gemäß der vorliegenden Abbildungen nach links in eine erste Schaltstellung oder nach rechts in eine zweite Schaltstellung verschoben werden.
Gemäß 4 kann das Nebenschaltelement 11 durch axiale Verschiebung in die erste Schaltstellung auf „low“ bzw. in den L-Gang geschaltet werden. Hierbei handelt es sich um einen Gang mit großer Übersetzung. Das Nebengetriebe 5, das gemäß 1 als Planetengetriebe ausgebildet ist, ist somit auf „low“ geschalten, d.h. auf eine große Übersetzung.
Bei axialer Verschiebung des Nebenschaltelementes 11 in eine dazu entgegengesetzte zweite Schaltstellung kann das Nebenschaltelement 11 auf „high“ bzw. in einen H-Gang geschaltet werden. Hierbei wird das Nebengetriebe 5 auf „high“ geschaltet, d.h. in eine kleine Übersetzung.
Des Weiteren kann mittels des ersten Hauptschaltelementes 8 durch axiale Verschiebung in die erste Schaltstellung ein dritter Gang und durch Verschiebung in die zweite Schaltstellung ein vierter Gang geschaltet werden. Das zweite Hauptschaltelement 9 kann durch axiale Verschiebung in die erste Schaltstellung in einen ersten Gang und durch Verschiebung in die zweite Schaltstellung in einen zweiten Gang geschaltet werden. Das dritte Hauptschaltelement 10 kann durch Verschiebung in die erste Schaltstellung in einen R-Gang, d.h. einen Rückwärtsgang, und durch axiale Verschiebung in die zweite Schaltstellung in einen C-Gang, d.h. in einem Kriechgang, geschaltet werden. In der in 4 dargestellten Schaltstellung können die Hauptschaltelemente 8, 9, 10 nicht geschalten werden, da diese nicht zu ihrem jeweils dazugehörigen Hauptschaltbereich 32, 33, 34 ausgerichtet sind.
In den 5a–5f sind sequenziell die einzelnen Schritte zum Schalten eines Gangs visualisiert. Hiernach befinden sich gemäß 4 zunächst alle Schaltelemente 8, 9, 10, 11 bzw. deren Eingriffsenden 29 in Umfangsrichtung im ersten Winkelintervall 36. In dieser Stellung ist ausschließlich das Nebenschaltelement in seinem dazugehörigen Schaltbereich, nämlich dem Nebenschaltbereich 35, und im Inneren der dazugehörigen vierten Mitnahmeöffnung 44 der Schaltwelle 13 angeordnet. Die Hauptschaltelemente 8, 9, 10 des Hauptgetriebes 4 sind im Gegensatz dazu von ihrem jeweiligen Hauptschaltbereich 32, 33, 34 in Umfangsrichtung beabstandet.
Die Hauptschaltelemente 8, 9, 10 sind in ihrem jeweiligen Neutral-Sperrbereich 26, 27, 28 angeordnet und könnten demnach in Umfangsrichtung verschoben werden. Da jedoch der zumindest eine Sperrbereich des Nebenschaltelements 11 nicht in der Neutralstellung sondern in der Schaltstellung angeordnet ist, können die beiden Wellen, d.h. die Sperrwelle 12 und die Schaltwelle 13, nicht gegenüber den Schaltelementen verdreht werden. Aufgrund dessen muss gemäß 5a zunächst das Nebengetriebe 5 geschaltet werden.
Hierfür wird die Schaltwelle 13 gemäß 5a in Axialrichtung in die erste Schaltstellung verschoben. Dies erfolgt mittels des zweiten Aktuators 15 (vgl. 2 und 3). Gemäß 5a ist das Nebengetriebe 5 somit in den L-Gang geschaltet. Die Schaltelemente 8, 9, 10, 11 sind somit alle zu ihrem jeweils zugeordneten Sperrbereich 26, 27, 28, 30 ausgerichtet. Gemäß 5a befindet sich nun das Eingriffsende des Nebenschaltelements 11 in Axialrichtung in der ersten Schaltstellung bzw. koaxial zum ersten Schalt-Sperrbereich 30 ausgerichtet.
Wie in 5b dargestellt, können die beiden Wellen 12, 13 nun verdreht werden. Die Sperrwelle 12 und die Schaltwelle 13 werden gemeinsam so weit verdreht, bis die Eingriffsenden 29 der Schaltelemente 8, 9, 10, 11 gemäß 5b im Zwischenintervall 40 angeordnet sind. In dieser Position kann gemäß 5c die Schaltwelle 13 nun wieder in entgegengesetzter Richtung in ihre Neutralstellung zurückverschoben werden. In dieser Neutralstellung sind nun die Mitnahmeöffnungen 41, 42, 43 der Hauptschaltelemente 8, 9, 10 in Umfangsrichtung koaxial zum jeweiligen Neutral-Sperrbereich 26, 27, 28 ausgerichtet. Hierdurch können die Eingriffsenden 29 der Hauptschaltelemente 8, 9, 10 durch Rotation der beiden Wellen 12, 13 in einen der Hauptschaltbereiche 32, 33, 34 bewegt werden.
Gemäß 5d erfolgt diese Rotation exemplarisch so weit, bis das dritte Hauptschaltelement 10 zum dritten Hauptschaltbereich 34 in Umfangsrichtung ausgerichtet ist. In dieser Position kann nun das dritte Hauptschaltelement 10 durch axiale Verschiebung der Schaltwelle 13 in die erste Schaltstellung gemäß 5e in den R-Gang geschaltet werden. Alternativ dazu kann das dritte Hauptschaltelement 10 aber auch gemäß 5f durch entgegengesetzte Verschiebung der Schaltwelle 13 in die zweite Schaltstellung bzw. in den C-Gang geschaltet werden. Analog kann entsprechend eine Schaltung des ersten und zweiten Hauptschaltelementes 8, 9 erfolgen, wenn diese zum ersten oder zweiten Hauptschaltbereich 32, 33 ausgerichtet sind.
Um die Getriebeeinheit 2 wieder auf neutral zu schalten, muss das geschaltete Hauptschaltelement, vorliegend das dritte Hauptschaltelement 10, wieder in die Neutralstellung gemäß 5d verschoben werden. Anschließend können die Eingriffsenden 29 der Schaltelemente 8, 9, 10, 11 durch entgegengesetzte Rotation der beiden Wellen 12, 13 aus dem vierten Winkelintervall 39 wieder zurück in das Zwischenintervall 40 gemäß 5c bewegt werden. Danach wird die vierte Mitnahmeöffnung 44 durch axiale Verschiebung in die erste Schaltstellung wieder koaxial zum ersten Schalt-Sperrbereich 30 ausgerichtet (vgl. 5b). Nach entsprechender Ausrichtung können die beiden Wellen 12, 13 wieder gemeinsam weiter rotiert werden, bis die Eingriffsenden 29 der Schaltelemente 8, 9, 10, 11 wieder im ersten Winkelintervall 36 liegen. In dieser Stellung kann nun die Schaltwelle 13 aus der ersten Schaltstellung wieder zurück in die Neutralstellung verschoben werden, um das Eingriffsende des Nebenschaltelements 11 aus der ersten Schaltstellung wieder zurück in die Neutralstellung gemäß 4 zu verschieben.
Alternativ dazu kann das Nebengetriebe 5 aber auch aus der in 4 dargestellten Neutralstellung gemäß 6a bis 6f durch Verschiebung in die zweite Schaltstellung in den H-Gang geschaltet werden. Hierdurch können die durch das Hauptgetriebe 4 schaltbaren Gänge verdoppelt werden. Zum Schalten des Nebengetriebes 5 in den H-Gang wird das Eingriffsende des Nebenschaltelements 11 aus der in 4 dargestellten Neutralstellung nach rechts in die zweite Schaltstellung gemäß 6a verschoben. Hierdurch ist die vierte Mitnahmeöffnung 44 in Umfangsrichtung koaxial zum zweiten Schalt-Sperrbereich 31 ausgerichtet.
Durch gemeinsame Rotation der beiden Wellen 12, 13 werden die Eingriffsenden 29 der Schaltelemente 8, 9, 10, 11 gemeinsam aus dem ersten Winkelintervall 36 in das Zwischenintervall 40 verschoben (vgl. 6b).
Anschließend werden die Mitnahmeöffnungen 41, 42, 43 der Hauptschaltelemente 8, 9, 10 wieder koaxial zu ihrem jeweils zugeordneten Neutral-Sperrbereich 26, 27, 28 ausgerichtet, in dem gemäß 6c die Schaltwelle 13 aus der zweiten Schaltstellung in die Neutralstellung verschoben wird.
In dieser Stellung können nun die Eingriffsenden 29 eines Hauptschaltelementes 8, 9 durch gemeinsame Rotation der beiden Wellen 12, 13 mit dem jeweils zugeordneten Hauptschaltbereich 32, 33 ausgerichtet werden.
Wie bereits erwähnt, ist eine Besonderheit des zweiten Schalt-Sperrbereichs 31, dass sich dieser nicht über alle Hauptschaltbereiche 32, 33, 34 erstreckt. Demnach endet der zweite Schalt-Sperrbereich 31 vom ersten Winkelintervall 36 ausgehend am und/oder vor dem vierten Winkelintervall 39. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass das Eingriffsende 29 des dritten Hauptschaltelementes 10 nicht bis in den dritten Hauptschaltbereich 34 rotiert werden kann. Wenn das Nebengetriebe 5 auf „high“ gestellt ist, kann somit am Hauptgetriebe 4 weder der R-Gang noch der C-Gang eingelegt werden.
Wenn gemäß 6d das Nebenschaltelement 11 bis zum Ende des zweiten Schalt-Sperrbereichs 31 verlagert ist, sind alle Hauptschaltelemente 8, 9, 10 im dritten Winkelintervall 38 angeordnet. Hierdurch befindet sich das zweite Hauptschaltelement 9 im Bereich seines zugeordneten zweiten Hauptschaltbereiches 33. Gemäß 6e und 6f kann das zweite Hauptschaltelement 9 somit zum Schalten eines fünften Gangs in die erste Schaltstellung oder zum Schalten eines sechsten Gangs in die zweite Schaltstellung axial verschoben werden.
Analog kann in einer hier nicht visualisierten Schaltstellung bei einer Anordnung der Hauptschaltelemente 8, 9, 10 im zweiten Winkelintervall 37 auch das erste Schaltelement 8 in einen siebten und einen achten Gang geschalten werden.
Bei dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der erste Aktuator 14 gemäß dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel vorzugsweise als elektrischer Rotationsmotor ausgebildet. Der Elektromotor 16 bewirkt somit eine Rotation der beiden Wellen 12, 13. Hierdurch können die durch die fünf Winkelintervalle 36, 37, 38, 39, 40 repräsentierten fünf Schaltstellungen angefahren werden.
7 zeigt ein zum in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel alternatives zweites Ausführungsbeispiel. Bei diesem in 7 dargestellten alternativen Ausführungsbeispiel kann eine Drehschaltstellung eingespart werden. Demnach müssen bei diesem Ausführungsbeispiel die beiden Wellen 12, 13 nicht explizit in das Zwischenintervall 40 rotierbar sein. Stattdessen reicht es aus, wenn diese aus dem ersten Winkelintervall 36 in das zweite Winkelintervall 37, in das dritte Winkelintervall 38 und in das vierte Winkelintervall 39 rotierbar sind. Infolgedessen bietet sich diese Ausführungsform der Sperrwelle 12 und der Schaltwelle 13 für eine Kombination mit einem als zweiten Stellzylinder 18 ausgebildeten ersten Aktuator 14 an, wie dies in 3 dargestellt ist.
Wie bereits vorstehend ausgeführt, ist der zweite Stellzylinder 18 in vier axiale Stellpositionen verfahrbar, wobei mittels des Wandlermechanismus 19 vier unterschiedliche Winkelstellungen angefahren werden können. Diese genügen zur Ansteuerung des in 7 dargestellten Ausführungsbeispiels, wonach die Eingriffsenden 29 der Schaltelemente 8, 9, 10, 11 in das erste Winkelintervall 36, in das zweite Winkelintervall 37, in das dritte Winkelintervall 38 und in das vierte Winkelintervall 39 verfahrbar sind. Eine fünfte Winkelstellung, nämlich in das Zwischenintervall 40, kann eingespart werden.
Um mit lediglich vier Rotationsstellungen auskommen zu können, weist die Schaltwelle 13 gemäß 8a und 9a zumindest eine Rückstellschräge 45, 46 auf, mittels der die Schaltwelle 13 aus der Schaltstellung wieder zurück in die Neutralstellung verschiebbar ist, wenn die beiden Wellen 12, 13 gemeinsam rotiert werden. Durch aktive Rotation der beiden Wellen wird somit zugleich passiv die Schaltwelle 13 in Axialrichtung verschoben.
Ferner weist die Schaltwelle 13 gemäß 7 zumindest eine Ausstellschräge 47, 48 auf, mittels der über eine Rotationsbewegung der beiden Wellen 12, 13 die in der Neutralstellung befindliche Schaltwelle 13 passiv in eine der beiden Schaltstellungen bewegbar ist.
In 7 sind aufgrund der Verdeckung durch die Sperrwelle 12 zunächst nur die Ausstellschrägen 47, 48 erkennbar. Die Ausstellschrägen 47, 48 sind in Umfangsrichtung im Zwischenintervall 40 angeordnet, d.h. zwischen dem Nebenschaltbereich 35 und dem ersten Hauptschaltbereich 32.
Zum Schalten der Getriebeeinheit 2 muss gemäß 8a zunächst das Nebengetriebe 5 geschaltet werden. Hierfür wird gemäß 8a das Eingriffsende des Nebenschaltelements 11 durch eine aktive axiale Verschiebung der Schaltwelle 13 in die erste Schaltstellung verschoben. Da nun alle Eingriffsenden 29 der Schaltelemente 8, 9, 10, 11 zu ihren jeweils dazugehörigen Sperrbereichen 26, 27, 28, 30 ausgerichtet sind, können die beiden Wellen 12, 13 nun gemeinsam gegenüber diesen verdreht werden.
Wie in 8a ersichtlich ist, sind durch die axiale Verschiebung der Schaltwelle 13 in die erste Schaltstellung nun die ersten Rückstellschrägen 45 in die Neutralstellung verschoben worden. Die erste Rückstellschräge 45 befindet sich somit in Axialrichtung im Bereich des jeweils zugeordneten Neutral-Sperrbereichs 26, 27, 28. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist lediglich eine der ersten Rückstellschrägen 45 mit einem Bezugszeichen versehen. Des Weiteren ist diesbezüglich anzumerken, dass nicht zwingend in jedem Neutral-Sperrbereich 26, 27, 28 eine erste Rückstellschräge 45 angeordnet sein müsste, da bereits eine einzige, wie nachstehend erläutert, zum Zurückführen der Schaltwelle 13 in die Neutralstellung ausreichen würde.
Um sowohl die Mitnahmeöffnungen 41, 42, 43 der Hauptschaltelemente 8, 9, 10 mit dem jeweils zugeordneten Neutral-Sperrbereich 26, 27, 28 koaxial auszurichten als auch um die Eingriffsenden 29 der Schaltelemente 8, 9, 10, 11 aus dem ersten Winkelintervall 36 in das zweite Winkelintervall 37 bewegen zu können, werden die beiden Wellen 12, 13 gemäß 8b rotiert. Hierbei kommt das Eingriffsende 29 zumindest eines Hauptschaltelementes 8, 9, 10 mit der zugeordneten ersten Rückstellschräge 45 in Kontakt. Das Eingriffsende 29 läuft hierbei an die erste Rückstellschräge 45 an. Aufgrund der Schrägstellung der ersten Rückstellschräge 45 gegenüber dem ersten Neutral-Sperrbereich 26 wird beim Rotieren der beiden Wellen 12, 13 automatisch, d.h. im Wesentlichen passiv, die in die erste Schaltstellung ausgerückte Schaltwelle 13 zurück in ihre Neutralstellung verschoben. Vorteilhafterweise müssen die beiden Wellen 12, 13 somit nicht mit einer separaten Rotationsschaltstellung in das Zwischenintervall 40 verdreht werden, sondern können ohne Zwischenstellung vom ersten Winkelintervall 36 ins zweite Winkelintervall 37 rotiert werden.
8c zeigt das Wellenschaltsystem 3 am Ende dieser Rotationsbewegung. Zu diesem Zeitpunkt befinden sich die Schaltelemente 8, 9, 10, 11 im zweiten Winkelintervall 37. Des Weiteren ist die Schaltwelle 13 mittels der ersten Rückstellschräge 45 während der Rotation automatisch in ihre Neutralstellung zurückverschoben worden.
Analog zur in 4 dargestellten ersten Ausführungsform kann nun das erste Hauptschaltelement 8 gemäß 8d aus der Neutralstellung in die erste Schaltstellung oder gemäß 8e in die zweite Schaltstellung verschoben werden. Ferner können in gleicher Art und Weise wie auch beim ersten Ausführungsbeispiel die Eingriffsenden 29 der Schaltelemente 8, 9, 10, 11 bis in das dritte Winkelintervall 38 und/oder in das vierte Winkelintervall 39 rotiert werden. Dies wird insbesondere dadurch ermöglicht, da der erste Schalt-Sperrbereich 30 im Vergleich zu den Neutral-Sperrbereichen 26, 27, 28 in Umfangsrichtung die gleiche Länge aufweist.
Um die Getriebeeinheit 2 wieder neutral zu schalten, muss das gemäß 8d bzw. 8e ausgerückte Schaltelement, vorliegend das erste Hauptschaltelement 8, wieder in die Neutralstellung gemäß 8c zurückverschoben werden. Anschließend können die Eingriffsenden 29 der Schaltelemente 8, 9, 10, 11 durch gemeinsame Rotation der beiden Wellen 12, 13 in Umfangsrichtung aus dem zweiten Winkelintervall 37 zurück in das erste Winkelintervall 36 geführt werden.
Bei dieser Rotation wird die in der Neutralstellung befindliche Schaltwelle 13 automatisch in die erste Schaltstellung verschoben, so dass die vierte Mitnahmeöffnung 44 koaxial zum ersten Schalt-Sperrbereich 30 ausgerichtet ist. Dies erfolgt gemäß 8f über die erste Ausstellschräge 47. So läuft das Eingriffsende 29 des Nebenschaltelements 11 bei Rotation der beiden Wellen 12, 13 gegen die erste Ausstellschräge 47 an. Aufgrund ihrer Schrägstellung wird hierbei auf die Schaltwelle 13 in Axialrichtung eine Kraft übertragen, mittels der die Schaltwelle 13 passiv aus der Neutralstellung in die Schaltstellung gemäß 8a verschoben wird.
Anschließend kann das Eingriffsende 29 des Nebenschaltelements 11 durch aktivierte Axialverschiebung der Schaltwelle 13 wieder zurück in die Neutralstellung gemäß 7 verschoben werden.
Alternativ kann das in 7 dargestellte Ausführungsbeispiel gemäß 9a auch in den zweiten Schalt-Sperrbereich 31 geschaltet werden. Hierfür wird die Schaltwelle 13 gemäß 9a in Axialrichtung in die zweite Schaltstellung verschoben. Anschließend werden in gleicher Art und Weise wie vorstehend detailliert erläutert, die Eingriffsenden 29 der Schaltelemente 8, 9, 10, 11 aus dem ersten Winkelintervall 36 in das zweite Winkelintervall 37 verdreht. Hierbei kommen die Eingriffsenden 29 der Hauptschaltelemente 8, 9, 10 im Bereich des Zwischenintervalls 40 gemäß 9b mit zweiten Rückstellschrägen 46 in Kontakt. Diese sind derart schräg gestellt, dass die in die zweite Schaltstellung ausgerückte Schaltwelle 13 durch Rotation automatisch bzw. passiv in Axialrichtung in die Neutralstellung zurückverschoben wird. Hierdurch sind nun die Mitnahmeöffnungen 41, 42, 43 zu den Neutral-Sperrbereichen 26, 27, 28 koaxial ausgerichtet, so dass die Eingriffsenden 29 zum Schalten des jeweiligen Hauptschaltelementes 8, 9, 10 in den ersten, zweiten oder dritten Hauptschaltbereich 32, 33, 34 bzw. in das zweite, dritte oder vierte Winkelintervall 37, 38, 39 rotierbar sind.
Zum erneuten Neutralstellen der Getriebeeinheit 2 werden die Eingriffsenden 29 der Schaltelemente 8, 9, 10, 11 durch Rotation der beiden Wellen 12, 13 aus dem zweiten, dritten oder vierten Winkelintervall 37, 38, 39 zurück in das erste Winkelintervall 36 bewegt. Hierbei gelangt gemäß 9d das Eingriffsende des Nebenschaltelements 11 mit der zweiten Ausstellschräge 48 in Kontakt. Aufgrund der Schrägstellung der zweiten Ausstellschräge 48 wird die sich in Neutralstellung befindliche Schaltwelle 13 automatisch bei der Wellenrotation in die zweite Schaltstellung bewegt, bis die vierte Mitnahmeöffnung 44 koaxial zum zweiten Schalt-Sperrbereich 31 ausgerichtet ist.
Sobald die Eingriffsenden 29 in der in 9a dargestellten Position sind, kann das in die zweite Schaltstellung ausgerückte Eingriffsende des Nebenschaltelements 11 durch axiale Verschiebung der Schaltwelle 13 in die in 7 dargestellte Neutralstellung zurückverschoben werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Abwandlungen im Rahmen der Patentansprüche sind ebenso möglich wie eine Kombination der Merkmale, auch wenn diese in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellt und beschrieben sind.
Bezugszeichenliste

1: Getriebeanordnung
2: Getriebeeinheit
3: Wellenschaltsystem
4: Hauptgetriebe
5: Nebengetriebe
6: Hauptschaltmuffe
7: Nebenschaltmuffe
8: erstes Hauptschaltelement
9: zweites Hauptschaltelement
10: drittes Hauptschaltelement
11: Nebenschaltelement
12: Sperrwelle
13: Schaltwelle
14: erster Aktuator
15: zweiter Aktuator
16: Elektromotor
17: erster Stellzylinder
18: zweiter Stellzylinder
19: Wandlermechanismus
20: Anschlagselement
21: helixförmige Führung
22: erste Sperröffnung
23: zweite Sperröffnung
24: dritte Sperröffnung
25: vierte Sperröffnung
26: erster Neutral-Sperrbereich
27: zweiter Neutral-Sperrbereich
28: dritter Neutral-Sperrbereich
29: Eingriffsende
30: erster Schalt-Sperrbereich
31: zweiter Schalt-Sperrbereich
32: erster Hauptschaltbereich
33: zweiter Hauptschaltbereich
34: dritter Hauptschaltbereich
35: Nebenschaltbereich
36: erstes Winkelintervall
37: zweites Winkelintervall
38: drittes Winkelintervall
39: viertes Winkelintervall
40: Zwischenintervall
41: erste Mitnahmeöffnung
42: zweite Mitnahmeöffnung
43: dritte Mitnahmeöffnung
44: vierte Mitnahmeöffnung
45: erste Rückstellschräge
46: zweite Rückstellschräge
47: erste Ausstellschräge
48: zweite Ausstellschräge

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0731885 B1 [0006]

Claims

Wellenschaltsystem (3) zum Schalten einer Getriebeeinheit (2) mit mehreren Schaltelementen (8, 9, 10, 11), mit einer Sperrwelle (12), die jeweils pro Schaltelemente (8, 9, 10, 11) eine Sperröffnung (22, 23, 24, 25) mit zumindest einem sich in Umfangsrichtung erstreckenden Sperrbereich (26, 27, 28, 30, 31) und einem sich in Axialrichtung erstreckenden Schaltbereich (32, 33, 34, 35) umfasst, und mit einer zur Sperrwelle (12) koaxialen Schaltwelle (13), die jeweils pro Schaltelement (8, 9, 10, 11) eine sich in Umfangsrichtung erstreckende und im zugeordneten Schaltbereich (32, 33, 34, 35) angeordnete Mitnahmeöffnung (41, 42, 43, 44) umfasst, die durch eine relative Axialverschiebung der Schaltwelle (13) gegenüber der Sperrwelle (12) zwischen einer Neutralstellung und zumindest einer ersten Schaltstellung verschiebbar ist, wobei die Schaltelemente (8, 9, 10, 11) mit einem jeweiligen Eingriffsende (29) radial von außen in die Sperrwelle (12) und die Schaltwelle (13) hineinragen, die Sperrwelle (12) und die Schaltwelle (13) gemeinsam um ihre Längsachse gegenüber den Eingriffsenden (29) verdrehbar sind, wenn die Eingriffsenden (29) in Axialrichtung zu ihrem jeweils zugeordneten Sperrbereich (26, 27, 28, 30, 31) ausgerichtet sind, und die Eingriffsenden (29) zum Schalten der Getriebeeinheit (2) mittels axialer Verschiebung der Mitnahmeöffnung (41, 42, 43, 44) zwischen der Neutralstellung und der ersten Schaltstellung verlagerbar sind, wenn die Eingriffsenden (29) in Umfangsrichtung durch gemeinsame Verdrehung der beiden Wellen (12, 13) zum jeweils zugeordneten Schaltbereich (32, 33, 34, 35) ausgerichtet sind, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Sperrbereiche als erster Schalt-Sperrbereich (30) ausgebildet ist, der in Axialrichtung im Bereich der ersten Schaltstellung angeordnet ist, so dass die beiden Wellen (12, 13) bei in erster Schaltstellung befindlichem Eingriffsende (29) gegenüber diesem Eingriffsende (29) verdrehbar sind.
Wellenschaltsystem nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Schaltelemente als erstes Hauptschaltelement (8, 9, 10) zum Schalten eines Hauptgetriebes (4) und eines der Schaltelemente als Nebenschaltelement (11) zum Schalten eines Nebengetriebes (5) ausgebildet ist, wobei vorzugsweise der Sperrbereich des Nebenschaltelements (11) als erster Schalt-Sperrbereich (30) ausgebildet ist.
Wellenschaltsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der dem ersten Hauptschaltelement (8, 9, 10) zugeordnete Sperrbereich als in Axialrichtung im Bereich der Neutralstellung angeordneter erster Neutral-Sperrbereich (26, 27, 28) ausgebildet ist.
Wellenschaltsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schalt-Sperrbereich (30) und der zumindest eine Neutral-Sperrbereich (26, 27, 28) in Umfangsrichtung die gleiche Länge aufweisen und/oder sich diese in Umfangsrichtung über das gleiche Winkelintervall erstrecken.
Wellenschaltsystem nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein dem Nebenschaltelement (11) zugeordneter Nebenschaltbereich (35) in Umfangsrichtung in einem ersten Winkelintervall (36) und ein dem ersten Hauptschaltelement zugeordneter erster Hauptschaltbereich (32) in einem zu diesem ersten Winkelintervall (36) in Umfangsrichtung versetzten zweiten Winkelintervall (37) angeordnet ist.
Wellenschaltsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Nebenschaltbereich (35) und der erste Hauptschaltbereich (32) zueinander in Umfangsrichtung beabstandet sind, so dass zwischen diesen beiden ein Zwischenintervall (40) ausgebildet ist.
Wellenschaltsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mitnahmeöffnungen (41, 42, 43, 44) in eine zur ersten Schaltstellung entgegengerichtete zweite Schaltstellung verschiebbar sind, so dass die Neutralstellung zwischen den beiden Schaltstellungen angeordnet ist, und/oder dass das Nebenschaltelement (11) einen zweiten Schalt-Sperrbereich (31) aufweist, der vorzugsweise in Axialrichtung im Bereich der zweiten Schaltstellung angeordnet ist.
Wellenschaltsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Wellenschaltsystem (3) mehrere Hauptschaltelemente (8, 9, 10), insbesondere drei, aufweist und/oder dass die diesen jeweils zugeordneten Hauptschaltbereiche (32, 33, 34) zueinander in Umfangsrichtung, vorzugsweise stufenweise und/oder unmittelbar aneinander angrenzend, in unterschiedlichen Winkelintervallen (37, 38, 39) angeordnet sind.
Wellenschaltsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Schalt-Sperrbereiche (30, 31), insbesondere vom gemeinsamen Nebenschaltbereich (35) ausgehend, in Umfangsrichtung unterschiedlich lang sind.
Wellenschaltsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich der erste Schalt-Sperrbereich (30) in Umfangsrichtung vom Nebenschaltbereich (35) ausgehend über alle Hauptschaltbereiche (32, 33, 34) erstreckt und/oder der zweite Schalt-Sperrbereich (31) am und/oder vor dem letzten Hauptschaltbereich (34) endet.
Wellenschaltsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Wellenschaltsystem (3) zum axialen Verschieben der Schaltwelle (13) einen mit der Schaltwelle (13) verbundenen, insbesondere pneumatischen und/oder hydraulischen, ersten Stellzylinder (17) aufweist, der in Axialrichtung in drei Positionen verfahrbar ist.
Wellenschaltsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Wellenschaltsystem (3) zum gemeinsamen Rotieren der beiden Wellen (12, 13) einen mit den beiden Wellen (12, 13) verbundenen Rotationsmotor, insbesondere einen Elektromotor (16), aufweist.
Wellenschaltsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Wellenschaltsystem (3) zum gemeinsamen Rotieren der beiden Wellen (12, 13) einen, insbesondere pneumatischen und/oder hydraulischen, zweiten Stellzylinder (18) aufweist, der in Axialrichtung in vier Positionen verfahrbar ist, und/oder einen Wandlermechanismus (19) aufweist, mittels dem die Axialverschiebung des zweiten Stellzylinders (18) in eine Rotationsbewegung der beiden Wellen (12, 13) umwandelbar ist.
Wellenschaltsystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandlermechanismus (19) ein durch den zweiten Stellzylinder (18) axial verschiebbares Anschlagselement (20) umfasst, das in eine helixförmige Führung (21) der Schaltwelle (13) und/oder Sperrwelle (12) eingreift.
Wellenschaltsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltwelle (13) zumindest eine Rückstellschräge (45, 46) aufweist, mittels der die in der ersten oder zweiten Schaltstellung befindliche Schaltwelle (13) bei erster Wellenrotation zurück in die Neutralstellung verschiebbar ist.
Wellenschaltsystem nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Rückstellschräge (45) bei in erster Schaltstellung befindlicher Schaltwelle (13) derart im Neutral-Sperrbereich (26, 27, 28) angeordnet ist, dass das in diesen eingreifende Eingriffsende (29) bei erster Wellenrotation gegen die erste Rückstellschräge (45) anläuft, und/oder dass eine zweite Rückstellschräge (46) bei in zweiter Schaltstellung befindlicher Schaltwelle (13) derart im Neutral-Sperrbereich (26, 27, 28) angeordnet ist, dass das in diesen eingreifende Eingriffsende (29) bei erster Wellenrotation gegen die zweite Rückstellschräge (46) anläuft.
Wellenschaltsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltwelle (13) zumindest eine Ausstellschräge (47, 48) aufweist, mittels der die in der Neutralstellung befindliche Schaltwelle (13) bei zur ersten Wellenrotation entgegengesetzten zweiten Wellenrotation zurück in die erste oder zweite Schaltstellung verschiebbar ist.
Wellenschaltsystem nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Ausstellschräge (47) bei in Neutralstellung befindlicher Schaltwelle (13) derart im ersten Schalt-Sperrbereich (30) angeordnet ist, dass das in diesen eingreifende Eingriffsende (29) bei Wellenrotation gegen die erste Ausstellschräge (47) anläuft, und/oder dass eine zweite Ausstellschräge (48) bei in Neutralstellung befindlicher Schaltwelle (13) derart im zweiten Schalt-Sperrbereich (31) angeordnet ist, dass das in diesen eingreifende Eingriffsende (29) bei Wellenrotation gegen die zweite Ausstellschräge (48) anläuft.
Wellenschaltsystem nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Rückstellschräge (45, 46) und/oder Ausstellschräge (47, 48) in Umfangsrichtung im Bereich des Zwischenintervalls (40) angeordnet ist.
Getriebeanordnung (1) mit einer Getriebeeinheit (2), die ein Hauptgetriebe (4), insbesondere ein Vorgelegegetriebe, und ein Nebengetriebe (5), insbesondere ein Planetengetriebe, umfasst, und einem Wellenschaltsystem (3), dadurch gekennzeichnet, dass das Wellenschaltsystem (3) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche ausgebildet ist.