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Die Erfindung betrifft ein Schaltsystem für ein Fahrzeuggetriebe, insbesondere für ein automatisiertes Schaltgetriebe, mit einer Schaltgabel zur Betätigung eines Schaltelements des Fahrzeuggetriebes, einer Schaltstange und einem Schaltaktor. Dabei ist die Schaltstange mit dem Schaltaktor gekoppelt, sodass die Schaltstange entlang einer zugehörigen Schaltstangenlängsachse mittels des Schaltaktors innerhalb eines Schaltsystemgehäuses bewegbar ist.
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Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Fahrzeuggetriebe, insbesondere ein automatisiertes Schaltgetriebe, mit einem solchen Schaltsystem.
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Ebenso betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Schalten eines Getriebes insbesondere eines automatisierten Schaltgetriebes.
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Derartige Schaltsysteme, damit ausgestattete Fahrzeuggetriebe und Verfahren zum Schalten von Getrieben sind aus dem Stand der Technik bekannt.
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Als Schaltelemente werden in diesem Zusammenhang beispielsweise Synchronisierungseinheiten, verriegelbare Freiläufe oder formschlüssige Schaltelemente wie Klauenkupplungen verwendet.
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Dabei umfasst jede Schaltstufe üblicherweise zumindest ein Schaltelement, das zum Aktivieren oder Einlegen der zugeordneten Schaltstufe in eine Koppelposition überführt wird und zum Deaktivieren oder Auslegen der Schaltstufe in eine Entkoppelposition. Jedem Schaltelement ist eine Schaltgabel fest zugeordnet. Ferner ist jede Schaltgabel mit einer zugeordneten Schaltstange fest verbunden, der wiederum ein Schaltaktor fest zugeordnet ist.
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Bei derartigen Schaltsystemen und damit ausgestatteten Fahrzeuggetrieben ist also je Schaltstufe oder Gang ein Schaltelement, eine Schaltgabel, eine Schaltstange und ein Schaltaktor nötig. Insbesondere Fahrzeuggetriebe mit einer großen Anzahl an Schaltstufen weisen daher einen vergleichsweise komplexen Aufbau auf.
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Um dieser Problematik zu begegnen, ist es bereits bekannt, anstelle sogenannter einfach wirkender Schaltelemente, die lediglich eine einzige Koppelposition und eine einzige Entkoppelposition einnehmen können, sogenannte doppelt wirkende Schaltelemente zu verwenden, die auch als Doppelschaltelemente bezeichnet werden. Solche Schaltelemente können in eine erste Koppelposition, eine Entkoppelposition und eine zweite Koppelposition verfahren werden. Somit können doppelt wirkende Schaltelemente zwei Schaltstufen zugeordnet werden, die nicht gleichzeitig aktiviert werden müssen. Im Unterschied zu den zuvor beschriebenen, einfach wirkenden Schaltelementen ist nun für jeweils zwei Schaltstufen eine einzige Schaltgabel, eine zugehörige Schaltstange und ein Schaltaktor ausreichend.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, die Komplexität und die damit verbundenen Herstellungskosten von schaltbaren Fahrzeuggetrieben weiter zu reduzieren. Insbesondere soll ein Fahrzeuggetriebe geschaffen werden, das nur vergleichsweise wenige Bauteile benötigt und dadurch einfach und kostengünstig aufgebaut ist.
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Die Aufgabe wird durch ein Schaltsystem der eingangs genannten Art gelöst, bei dem die Schaltgabel über eine Koppeleinheit wahlweise mit der Schaltstange verbindbar ist. Im Betrieb des Schaltsystems ist also die Schaltgabel nicht dauerhaft mit der Schaltstange verbunden, sondern nur dann, wenn es nötig ist. Im Unterschied zu bekannten Schaltsystemen ist folglich nicht mehr jeder Schaltgabel eine Schaltstange fest zugeordnet. Folglich kann bei gleicher Funktion des Schaltsystems die Anzahl an Schaltstangen und damit auch die Anzahl an Schaltaktoren reduziert werden. Dadurch wird der Aufbau des Schaltsystems vereinfacht. Die reduzierte Anzahl an Bauteilen führt zudem zu einer Verringerung der Herstellungskosten.
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Das erfindungsgemäße Schaltsystem arbeitet vorzugsweise mit formschlüssigen Schaltelementen zusammen, zum Beispiel mit schaltbaren Freiläufen.
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Das Schaltsystem kann auch eine weitere Schaltgabel umfassen, die über eine der weiteren Schaltgabel zugeordnete, weitere Koppeleinheit wahlweise mit der Schaltstange verbindbar ist. Es wirkt also eine einzige Schaltstange mit zwei Schaltgabeln zusammen. Gegenüber dem Stand der Technik wird somit eine Schaltstange und ein zugehöriger Schaltaktor eingespart. Dabei ist es selbstverständlich denkbar, der einen Schaltstange auch mehr als zwei Schaltgabeln zuzuordnen. Jede Schaltgabel ist dabei wahlweise mit der einzigen Stahlstange verbindbar. Dadurch ergibt sich ein besonders einfach und kostengünstig aufgebautes Schaltsystem. Es benötigt nur einen vergleichsweise geringen Bauraum.
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Erfindungsgemäße Schaltsysteme sind insbesondere für Fahrzeuggetriebe vorteilhaft, die speziell auf eine Anwendung in einem Hybrid-Antriebsstrang oder in einer Hybrid-Antriebseinheit ausgebildet sind. Man spricht dabei auch von DHT oder DH-Getrieben (englisch: Dedicated Hybrid Transmission, Abkürzung: DHT). Hybrid-Antriebsstränge oder Hybrid-Antriebseinheiten sind dabei Antriebsstränge bzw. Antriebseinheiten, die zwei voneinander unabhängige Antriebsmotoren nutzen, z. B. einen Verbrennungsmotor und eine elektrische Antriebsmaschine. Derartige Fahrzeuggetriebe müssen besonders kompakt aufgebaut sein, um gegenüber herkömmlichen Getrieben zusätzlichen Bauraum für die elektrische Antriebsmaschine zu schaffen. Dabei kann in einem DHT die elektrische Antriebsmaschine und ein zugehöriger Aufbau mit überlagerungsfähigen Planetengetriebestufen dazu genutzt werden, ein stufenlos übersetzendes Getriebe zu schaffen, das häufig als eCVT (electric continuously variable transmission) bezeichnet wird. In diesem Zusammenhang ist es möglich, Schaltelemente lastlos und ohne Differenzdrehzahl zu schalten. Als Folge dieser Konstellation können Schaltelemente ohne Synchronisierfähigkeit verwendet werden. Es können folglich rein formschlüssige Schaltelemente verwendet werden. Dadurch können die notwendigen Schaltkräfte wesentlich reduziert werden. Darüber hinaus ist ein solches Schaltsystem einfach aufgebaut.
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Die Schaltgabel oder die Schaltgabeln kann bzw. können bezüglich der Schaltstangenlängsachse radial an der Schaltstange gelagert sein. Alternativ ist eine von der Schaltstange separate Lagerstange vorgesehen, die im Wesentlichen parallel zur Schaltstange verläuft, und die Schaltgabel oder die Schaltgabeln ist bzw. sind bezüglich einer Lagerstangenlängsachse radial an der Lagerstange gelagert. Die Schaltgabel oder die Schaltgabeln sind also in beiden Alternativen zuverlässig und langlebig gelagert. Hierfür können Gleitlagerbuchsen oder Linear-Wälzlagereinheiten verwendet werden. Insbesondere kommen sogenannte Drehmomentkugelhülsen zum Einsatz. Eine Lagerung über eine separate Langerstange hat dabei den Vorteil, dass es nicht zu unerwünschten Wechselwirkungen zwischen der Lagerung der Schaltgabel und deren Betätigung kommen kann. In der Alternative, in der die Schaltgabel auf der zugeordneten Schaltstange gelagert ist, ist keine separate Lagerstange vorgesehen. Somit ist der Aufbau eines derartigen Schaltsystems vergleichsweise einfach.
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Gemäß einer Ausführungsform ist jeder Schaltgabel eine Arretiereinheit zugeordnet, mittels der die jeweilige Schaltgabel entlang der Schaltstangenlängsachse im Schaltsystemgehäuse festlegbar ist. Damit kann jede Schaltgabel entlang der Schaltstangenlängsachse an einer definierten Position innerhalb des Schaltsystemgehäuses gelagert werden. Insbesondere ist dabei die Arretiereinheit in Richtung einer Arretierstellung federbelastet. Das Schaltsystem befindet sich also stets in einem definierten und sicheren Zustand.
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Dabei kann es sich beim Schaltsystemgehäuse um ein Getriebegehäuse des Fahrzeuggetriebes handeln, das mit dem Schaltsystem ausgestattet ist. Selbstverständlich kann es sich alternativ beim Schaltsystemgehäuse aber auch um ein davon separates Gehäuse handeln. Dann hat das Schaltsystemgehäuse bevorzugt eine im Wesentlichen planare Form. Der Schaltaktor, z. B. in Form eines Linearaktors, kann am Schaltsystemgehäuse montiert sein. Ferner können die Schaltstange und/oder Komponenten der Koppeleinheit und/oder der Arretiereinheit am Schaltsystemgehäuse gelagert sein.
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Bevorzugt weist die Arretiereinheit zumindest einen Arretierhebel auf, der schwenkbar an der Schaltgabel gelagert ist und in einer Arretierstellung in eine zugeordnete Arretierkontur am Schaltsystemgehäuse eingreift. Die Arretierkontur kann in diesem Zusammenhang Nuten aufweisen, in die ein zugeordneter Arretierhebel eingreifen kann. Die Arretiereinheit ist somit einfach aufgebaut sowie robust und zuverlässig im Betrieb.
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Jede Koppeleinheit kann einen Koppelstift umfassen, der entlang einer Stiftlängsachse verschiebbar an der Schaltgabel gelagert ist. Dabei greift jeder Koppelstift in einer Koppelstellung in eine zugeordnete Koppelöffnung an der Schaltstange ein, sodass die zugeordnete Schaltgabel und die Schaltstange insbesondere in Richtung der Schaltstangenlängsachse verbunden sind. In einer Freigabestellung ist der Koppelstift außerhalb der zugeordneten Koppelöffnung positioniert, sodass die Schaltstange und die Schaltgabel unabhängig voneinander entlang der Schaltstangenlängsachse bewegbar sind. Dabei ist der Begriff des Koppelstifts weit zu verstehen. Es kommt lediglich darauf an, dass ein Abschnitt des Koppelstifts in die zugeordnete Koppelöffnung eingreifen kann und so in Richtung der Schaltstangenlängsachse eine Verbindung zwischen der Schaltstange und der zugeordneten Schaltgabel erzeugt wird. In einer Variante ist der Koppelstift in Richtung einer Freigabestellung federbelastet. Somit befindet sich der Koppelstift und damit die zugeordnete Koppeleinheit stets in einer definierten Position. Dadurch kann das Schaltsystem in zuverlässiger Weise betrieben werden.
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In einer Variante ist jeder Koppelstift mit einem zugeordneten Koppelaktor wirkverbunden, sodass der Koppelstift mittels des zugeordneten Koppelaktors wahlweise in die Koppelstellung oder in die Freigabestellung bewegbar ist. Beim Koppelaktor kann es sich um einen Hubmagneten handeln, der zwei Stellpositionen einnehmen kann, die jeweils der Koppelstellung und der Freigabestellung zugeordnet sind. Ein solcher Koppelaktor ist zuverlässig im Betrieb und benötigt nur einen vergleichsweise kleinen Bauraum.
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Dabei kann jeder Koppelstift oder ein jeweils zugeordneter Koppelaktor in die Freigabestellung vorgespannt sein, z. B. durch Federbeaufschlagung. Die Koppelstifte sind somit stets in einer definierten Position. Dadurch lässt sich das Schaltsystem sicher betreiben.
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Jeder Koppelaktor kann am Schaltsystemgehäuse befestigt sein und über einen zugeordneten Koppelstößel mit dem zugeordneten Koppelstift zusammenwirken. Der Koppelaktor ist somit ortsfest im Schaltsystemgehäuse angeordnet. Über den Koppelstift kann er dennoch mit dem Koppelstift zusammenwirken, der zusammen mit der zugeordneten Schaltgabel entlang der Schaltstangenlängsachse in gewissem Umfang beweglich innerhalb des Schaltsystemgehäuses angeordnet ist. Je nach Relativstellung des Koppelstiftes gegenüber dem Koppelaktor ergibt sich so eine Schrägstellung des Koppelstiftes. Der Koppelstift kann daher unabhängig von seiner Relativposition gegenüber dem Koppelaktor zuverlässig betätigt werden.
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Dabei versteht es sich, dass die Schaltstange verdrehsicher im Schaltsystemgehäuse gelagert ist, sodass eine Verdrehung der Schaltstange um die Schaltstangenlängsachse nicht möglich ist.
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Vorteilhafterweise ist jede Arretiereinheit mittels der der zugehörigen Schaltgabel zugeordneten Koppeleinheit in eine Freigabestellung überführbar. Dadurch ist es möglich, dass die Arretiereinheit genau dann in ihre Freigabestellung überführt wird, wenn die zugeordnete Schaltgabel mit der Schaltstange gekoppelt wird. Bevorzugt wird in diesem Zusammenhang die Arretiereinheit stets erst dann in die Freigabestellung überführt, wenn es bereits zur Kopplung mit der Schaltstange gekommen ist. Somit befindet sich die Schaltgabel stets in einer definierten Position. Es lässt sich folglich das Schaltsystem in zuverlässiger Art und Weise betreiben. Das gilt in besonderer Weise, wenn die Koppelstifte oder die zugeordneten Koppelaktoren in die jeweils zugeordnete Freigabestellung vorgespannt sind. In dieser Freigabestellung sind die Schaltgabeln folglich stets arretiert.
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Gemäß einer Gestaltungsalternative ist die Schaltgabel oder sind die Schaltgabeln aus einem Kunststoffmaterial hergestellt, insbesondere wobei die Schaltgabel ein Kunststoffspritzgussteil ist oder die Schaltgabeln Kunststoffspritzgussteile sind. Derartige Schaltgabeln lassen sich einfach und kostengünstig herstellen. Darüber hinaus sind sie leicht im Gewicht. Dadurch werden die im Zuge eines Schaltvorgangs bewegten Massen gering gehalten. Um die Steifigkeit der Schaltgabeln zu erhöhen, können diese einen Einleger aus Metall umfassen. Im Zuge der Herstellung einer Schaltgabel wird also der Einleger mit Kunststoff umspritzt. Darüber hinaus kann der Einleger so gestaltet sein, dass die Kontaktstellen zwischen der Schaltgabel und einem zugeordneten Schaltelement am Einleger vorgesehen sind. An diesen Stellen liegt somit kein Kunststoff vor. Dadurch sind die Schaltgabeln besonders langlebig. Für den Fall, dass die Schaltgabel als Kunststoffteil ohne Einleger realisiert ist, können die Kontaktstellen der Schaltgabel zum Schaltelement auch durch metallische Gleitsteine gebildet sein.
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Insbesondere ist der Einleger ein Blechteil, bevorzugt ein Stanz-Biege-Teil.
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Der Schaltaktor kann koaxial zur Schaltstange angeordnet sein. Dabei fällt insbesondere eine Wirkachse des Schaltaktors mit der Schaltstangenlängsachse zusammen. Alternativ ist der Schaltaktor parallel zur Schaltstange angeordnet. Insbesondere verläuft dann eine Wirkachse des Schaltaktors parallel zur Schaltstangenlängsachse. Indem der Schaltaktor koaxial zur Schaltstange angeordnet ist, wirkt er direkt auf die Schaltstange. Diese Anordnung ist insbesondere in einer Richtung quer zur Schaltstangenlängsachse kompakt. Wenn der Schaltaktor parallel zur Schaltstange angeordnet ist, ist er über einen Koppelhebel oder einen Koppelschieber mit der Schaltstange verbunden. Diese Variante baut insbesondere entlang der Schaltstangenlängsachse kurz.
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Zusätzlich wird die Aufgabe durch ein Fahrzeuggetriebe der eingangs genannten Art gelöst, das ein erfindungsgemäßes Schaltsystem umfasst. Aufgrund des einfach aufgebauten und kompakten Schaltsystems ist auch das Fahrzeuggetriebe einfach aufgebaut und benötigt nur einen vergleichsweise kleinen Bauraum. Dadurch eignen sich derartige Fahrzeuggetriebe besonders gut für Hybrid-Antriebsstränge.
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Darüber hinaus wird die Aufgabe durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, das die folgenden Schritte umfasst:
- a) Koppeln einer Schaltgabel, die einem zu betätigenden Schaltelement des Getriebes zugeordnet ist, mit einer Schaltstange, und
- b) anschließendes Betätigen des Schaltelements über die Schaltstange und die mit diesem gekoppelte Schaltgabel.
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Dabei betrifft der Verfahrensschritt des Koppelns das Koppeln der Schaltgabel mit der Schaltstange in einer Richtung, die für die Betätigung des zugeordneten Schaltelements relevant ist. Insbesondere erfolgt das Koppeln entlang einer Schaltstangenlängsachse. Unter dem Betätigen des Schaltelements wird entweder das Einlegen oder das Auslegen eines Ganges oder einer Schaltstufe verstanden. In diesem Zusammenhang wird in der Regel ein Losrad mit einer zugeordneten Welle drehfest gekoppelt oder von der zugeordneten Welle drehentkoppelt. Selbstverständlich kann die Schaltgabel auch zur Betätigung von Bremsen verwendet werden. Das zugeordnete Schaltelement dient dann dem wahlweisen Festlegen eines Getriebeteils in einem Gehäuse, z. B. dem Schaltsystemgehäuse oder einem Getriebegehäuse. Damit macht es das Verfahren möglich, Getriebe zu betätigen, bei denen mehrere Schaltgabeln mittels derselben Schaltstange betätigt werden.
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Zum Koppeln der Schaltgabel mit der Schaltstange kann die Schaltstange ausgehend von einer Neutralposition in eine Koppelposition verfahren werden. Insbesondere kann die Schaltstange also in der Neutralposition nicht mit der Schaltgabel gekoppelt werden. Auf diese Weise können unerwünschte Kopplungen wirkungsvoll ausgeschlossen werden. Dadurch lässt sich das Verfahren mit hoher Zuverlässigkeit ausführen.
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Bevorzugt ist die Schaltgabel in einem Zustand, in dem sie nicht mit der Schaltstange gekoppelt ist, an einem Getriebegehäuse arretiert. Die Schaltgabel nimmt also auch dann eine definierte Position innerhalb des Getriebegehäuses ein, wenn sie nicht mit der Schaltstange gekoppelt ist. Insbesondere wird dabei die Schaltstange erst dann vom Getriebegehäuse entriegelt, wenn sie mit der Schaltstange gekoppelt ist. Es lässt sich so ein sicherer Betrieb des Getriebes gewährleisten.
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In einer Variante wird nach dem Betätigen des Schaltelements die Schaltgabel von der Schaltstange entkoppelt, insbesondere wobei die Schaltstange anschließend in eine Neutralposition verfahren wird. Die Schaltgabel wird also dann wieder von der Schaltgabel entkoppelt, wenn die Betätigung des zugeordneten Schaltelements beendet ist, also ein entsprechender Gang eingelegt oder ausgelegt ist. Folglich wird die Schaltstange wieder frei, um andere Schaltgabeln desselben Getriebes betätigen zu können. Durch ein Verfahren der Schaltstange in die Neutralposition werden wieder unerwünschte Kopplungen vermieden.
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Gemäß einer Ausführungsform ist zu jedem Zeitpunkt nur eine einzige Schaltgabel mit der Schaltstange gekoppelt. Dann erfolgt das Betätigen mehrerer Schaltelemente, also beispielsweise das Auslegen eines Schaltelements und das Einlegen eines anderen Schaltelements, sequentiell. Dabei lassen sich insbesondere durch formschlüssige Schaltelemente, die leicht im Gewicht sind, kurze Schaltzeiten realisieren. Für den Fall, dass das Schaltsystem mit einem DHT zusammenwirkt, das z. B. als eCVT betrieben wird, lassen sich so ohne Weiteres akzeptable Schaltzeiten realisieren. Alternativ sind mehrere Schaltgabeln gleichzeitig mit der Schaltstange gekoppelt, wobei die mittels der mehreren Schaltgabeln zu betätigenden Schaltelemente in dieselbe Richtung zu betätigen sind. Es lassen sich also innerhalb des Getriebes flexibel Gänge schalten.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand verschiedener Ausführungsbeispiele erläutert, die in den beigefügten Zeichnungen gezeigt sind. Es zeigen:
- - 1 in einer perspektivischen Ansicht einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Fahrzeuggetriebes mit einem erfindungsgemäßen Schaltsystem gemäß einer ersten Ausführungsform,
- - 2 das Fahrzeuggetriebe aus der 1 aus einer anderen Perspektive,
- - 3 das Fahrzeuggetriebe aus den 1 und 2 aus noch einer anderen Perspektive,
- - 4 das Schaltsystem aus den 1 bis 3 in einer isolierten, perspektivischen Darstellung,
- - 5 das Schaltsystem aus 4 in einer Schnittdarstellung,
- - 6 in einer perspektivischen Ansicht einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Fahrzeuggetriebes mit einem erfindungsgemäßen Schaltsystem gemäß einer zweiten Ausführungsform,
- - 7 das Schaltsystem aus der 6 in einer isolierten, perspektivischen Darstellung,
- - 8 das Schaltsystem aus der 7 aus einer anderen Perspektive,
- - 9 das Schaltsystem aus den 7 und 8 in einer Schnittdarstellung,
- - 10 in einer perspektivischen Ansicht einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Fahrzeuggetriebes mit einem erfindungsgemäßen Schaltsystem gemäß einer dritten Ausführungsform,
- - 11 in einer perspektivischen Ansicht ein erfindungsgemäßes Schaltsystem gemäß einer vierten Ausführungsform,
- - 12 das Schaltsystem aus 11 in einer Draufsicht,
- - 13 das Schaltsystem aus den 11 und 12 aus einer anderen Perspektive, wobei ein Schaltsystemgehäuse fortgelassen ist,
- - 14 das Schaltsystem aus den 11 bis 13, wobei wieder ein Schaltsystemgehäuse fortgelassen ist,
- - 15 ein Detail der erfindungsgemäßen Schaltsysteme gemäß der 1 bis 14,
- - 16 das Detail aus 15 aus einer anderen Perspektive,
- - 17 das Detail aus den 15 und 16 in einer Schnittdarstellung,
- - 18 eine dem Detail aus 15 entsprechende Detailansicht, wobei das erfindungsgemäße Schaltsystem gemäß einer fünften Ausführungsform gestaltet ist,
- - 19 das Detail aus 18 aus einer anderen Perspektive,
- - 20 das Detail aus den 18 und 19 in einer Schnittdarstellung,
- - 21 eine den Details aus den 15 und 18 entsprechende Detailansicht, wobei das erfindungsgemäße Schaltsystem gemäß einer sechsten Ausführungsform gestaltet ist,
- - 22 das Detail aus 21 aus einer anderen Perspektive,
- - 23 das Detail aus den 21 und 22 in einer Schnittdarstellung, und
- - 24 bis 30 den Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Die 1 bis 5 zeigen ein Fahrzeuggetriebe 10, bei dem insgesamt sechs Schaltelemente 12a bis 12f angedeutet sind.
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Jedes Schaltelement 12a bis 12f dient dem Drehkoppeln und Drehentkoppeln eines jeweils zugeordneten, nicht näher dargestellten Gangrads mit einer zugeordneten Getriebewelle.
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Das Fahrzeuggetriebe 10 wird mittels eines Schaltsystems 11 betätigt.
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Dieses umfasst insgesamt sechs Schaltgabeln 14a bis 14f, die jeweils einem der Schaltelemente 12a bis 12f zu dessen Betätigung fest zugeordnet sind.
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In diesem Zusammenhang sind die Schaltgabeln 14a bis 14f mit den zugehörigen Schaltelementen 12a bis 12f entlang einer Getriebemittelachse 16 formschlüssig gekoppelt.
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Jeder Schaltgabel 14a bis 14f ist zudem eine Koppeleinheit 18a bis 18f zugeordnet, sodass jede Schaltgabel 14a bis 14f wahlweise mit einer Schaltstange 20 des Schaltsystems 11 verbunden werden kann.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst das Schaltsystem 11 lediglich eine einzige Schaltstange 20.
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Dabei ist die Schaltstange 20 über einen Kipphebel 22 mit einem Schaltaktor 24 gekoppelt.
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Die Schaltstange 20 kann dadurch mittels des Schaltaktors 24 entlang einer zugeordneten Schaltstangenlängsachse 26 innerhalb des lediglich angedeuteten Schaltsystemgehäuses 28 bewegt werden.
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Beim Schaltaktor 24 handelt es sich um einen Linearaktor.
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In der ersten Ausführungsform des Schaltsystems 11 weist der Schaltaktor 24 eine Wirkachse 30 auf, die parallel zur Schaltstangenlängsachse 26 verläuft.
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Der den Schaltaktor 24 und die Schaltstange 20 koppelnde Kipphebel 22 ist um eine Kipphebelachse 32 schwenkbar, die sowohl senkrecht zur Schaltstangenlängsachse 26 als auch senkrecht zur Wirkachse 30 des Schaltaktors 24 orientiert ist.
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Aufgrund der mittels des Kipphebels 22 realisierten Übersetzung bewegt sich die Schaltstange 20 stets in eine der Wirkrichtung des Schaltaktors 24 entgegengesetzte Richtung.
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In der dargestellten Ausführungsform ist das Schaltsystemgehäuse 28 von einem Getriebegehäuse des Fahrzeuggetriebes 10 separat und kann als vormontierte Baugruppe, die insbesondere die Schaltgabeln 14a bis 14f und die Koppeleinheiten 18a bis 18f umfasst, am Getriebegehäuse montiert werden.
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Insbesondere wird das Schaltsystemgehäuse 28 von unten am Getriebegehäuse montiert.
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Nachdem das Schaltsystemgehäuse 28 vorzugsweise plattenförmig ist, kann es auch als Schaltsystemplatte bezeichnet werden.
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In den 6 bis 9 ist ein Fahrzeuggetriebe 10 mit einem Schaltsystem 11 gemäß einer zweiten Ausführungsform gezeigt. Dabei wird im Folgenden lediglich auf die Unterschiede zur vorhergehenden Ausführungsform eingegangen. Gleiche oder einander entsprechende Bauteile tragen daher dieselben Bezugszeichen.
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In der zweiten Ausführungsform ist der Schaltaktor 24 über einen Koppelschieber 34 mit der Schaltstange 20 gekoppelt.
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Dabei ist der Schaltaktor 24 wie in der ersten Ausführungsform als Linearaktor ausgeführt.
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Der Koppelschieber 34 ist über ein Linearlager 36 linear verschiebbar im Schaltsystemgehäuse 28 gelagert.
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Dabei dient das Linearlager 36 auch als Linearführung.
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Wird die Schaltstange 20 mittels des Schaltaktors 24 betätigt, bewegen sich nun also beide stets in die gleiche Richtung.
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Ein Fahrzeuggetrieb 10 mit einem Schaltsystem 11 gemäß einer dritten Ausführungsform ist in 10 dargestellt. Dabei wird wieder lediglich auf die Unterschiede zu den vorhergehenden Ausführungsformen eingegangen. Gleiche oder einander entsprechende Bauteile tragen dieselben Bezugszeichen.
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In der dritten Ausführungsform ist der Schaltaktor 24 koaxial zur Schaltstange 20 angeordnet. Dabei fällt die Wirkachse 30 des Schaltaktors 24 mit der Schaltstangenlängsachse 26 zusammen.
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In den 11 bis 14 ist ein Schaltsystem 11 gemäß einer vierten Ausführungsform gezeigt. Dabei wird im Folgenden lediglich auf die Unterschiede zur vorhergehenden Ausführungsform eingegangen. Gleiche oder einander entsprechende Bauteile tragen daher dieselben Bezugszeichen.
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Wie das Schaltsystem 11 gemäß der zweiten Ausführungsform wird die Schaltstange 20 über einen Koppelschieber 34 betätigt. Dieser greift jedoch nun nicht mehr an einem Ende der Schaltstange 20 an, sondern in einem Mittelbereich.
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Zudem ist die Schaltstange 20 mittels zweier Federn 37a, 37b, die am Koppelschieber angreifen, in eine Neutralstellung beaufschlagt, die später noch im Detail erläutert werden wird (siehe insbesondere 12).
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Wenn der Schaltaktor 24 nicht betätigt ist, wird die Schaltstange 20 somit stets in diese Neutralstellung zurückgestellt.
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Es versteht sich, dass eine derartige Federbeaufschlagung der Schaltstange 20 in eine Neutralstellung auch bei den übrigen Ausführungsformen denkbar ist.
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Ferner unterscheidet sich das Schaltsystem 11 gemäß der vierten Ausführungsform dadurch von den vorhergehenden Ausführungsformen, dass es lediglich fünf Schaltgabeln 14a bis 14e mit lediglich fünf zugeordneten Koppeleinheiten 18a bis 18e aufweist.
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Die 15 bis 17 zeigen eine der Schaltgabeln 14a bis 14f, diejenige der Koppeleinheiten 18a bis 18f, die dieser Schaltgabel zugeordnet ist, und einen Abschnitt der Schaltstange 20 im Bereich dieser Schaltgabel.
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Dabei stehen die gezeigte Schaltgabel und die zugehörige Koppeleinheit stellvertretend für alle Schaltgabeln 14a bis 14f und die zugehörigen Koppeleinheiten 18a bis 18f. Daher wird im Sinne einer vereinfachten Erläuterung die Schaltgabel im Folgenden lediglich mit dem Bezugszeichen 14 bezeichnet und die Koppeleinheit mit dem Bezugszeichen 18. Die Erläuterungen gelten jedoch für alle Schaltgabeln 14a bis 14f und alle Koppeleinheiten18a bis 18f.
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Die Schaltgabel 14 ist in der dargestellten Ausführungsform aus einem Kunststoffmaterial hergestellt. Speziell handelt es sich bei der Schaltgabel 14 um ein Kunststoffspritzgussteil.
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Dabei sind an den Kontaktstellen, an denen die Schaltgabel entlang der Getriebemittelachse 16 formschlüssig mit dem jeweils zugeordneten Schaltelement 12a bis 12f zusammenwirkt, Gleitsteine 38 aus Metall, insbesondere aus gehärtetem Stahl, vorgesehen. Dies bewirkt eine im Wesentlichen verschleißfreie Kopplung der Schaltgabel 14 mit dem zugehörigen Schaltelement 12a bis 12f.
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Als alternatives Material für die Gleitsteine 38 ist auch ein Keramikmaterial denkbar.
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Die Gleitsteine 38 sind darüber hinaus jeweils an Enden fingerförmiger Radialfortsätze der Schaltgabel 14 angeordnet.
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Dabei können die fingerförmigen Radialfortsätze feststehende Umgebungsbauteile, insbesondere Teile des Fahrzeuggetriebe 10, um- oder durchgreifen, ohne dass dadurch die mechanische Stabilität dieser Umgebungsbauteile in unnötiger Weise geschwächt wird.
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Ferner ist die Schaltgabel 14 bezüglich der Schaltstangenlängsachse 26 radial an der Schaltstange 20 gelagert.
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Die Schaltgabel 14 wirkt zudem mit einer Arretiereinheit 40 zusammen.
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Diese umfasst einen ersten Arretierhebel 42 und einen zweiten Arretierhebel 44, die als Hebelpaar ausgebildet sind und um eine gemeinsame Schwenkachse 46 schwenkbar an der Schaltgabel 14 gelagert sind. Dabei sind die beiden Arretierhebel 42, 44 auf entgegengesetzten Seiten der Schaltstange 20 angeordnet.
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Jeder Arretierhebel 42, 44 weist einen Eingriffsabschnitt 48, 50 auf, mittels dem er in eine jeweils zugeordnete Arretierkontur 52, 54 eingreifen kann, die jeweils fest mit dem Schaltsystemgehäuse 28 verbunden ist.
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Dabei kann eine feste Verbindung mit dem Schaltsystemgehäuse 28 auch über ein Gehäuse der Koppeleinheit 18, insbesondere über ein Gehäuse des Koppelaktors 66, erfolgen.
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In der dargestellten Ausführungsform weist jede Arretierkontur 52, 54 jeweils zwei Arretiernuten 56a, 56b auf, sodass die Schaltgabel 14 mittels der Arretiereinheit 40 entlang der Schaltstangenlängsachse 26 in zwei vordefinierte Positionen im Schaltsystemgehäuse 28 festgelegt werden kann.
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Dabei sind die beiden Arretierhebel 42, 44 jeweils mittels einer zugeordneten Feder 58 in eine Arretierstellung beaufschlagt.
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Ferner umfasst jede Koppeleinheit 18 einen Koppelstift 60, der entlang einer Stiftlängsachse 62 verschiebbar an der Schaltgabel 14 gelagert ist (siehe insbesondere 17). Dabei ist der Koppelstift 60 über einen zugeordneten Koppelstößel 64 mit einem zugeordneten Koppelaktor 66 wirkverbunden.
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Dabei kann der Koppelstößel 64 ein kugelförmiges Ende aufweisen, das in eine geschlitzte Gegenform am Koppelaktor 66 eingeclipst ist.
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Der Koppelaktor 66 ist dabei am Schaltsystemgehäuse 28 befestigt.
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Wie später noch im Detail erläutert werden wird, kann der Koppelstift 60 mittels des zugeordneten Koppelaktors 66 wahlweise in eine Koppelstellung überführt werden, in der der Koppelstift 60 in eine zugeordnete Koppelöffnung 68 an der Schaltstange 20 eingreift, sodass die Schaltgabel 14 und die Schaltstange 20 in Richtung der Schaltstangenlängsachse 26 verbunden sind.
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Darüber hinaus ist der Koppelaktor 66 dazu ausgebildet, den Koppelstift 60 in eine Freigabestellung zu überführen, in der der Koppelstift 60 außerhalb der zugeordneten Koppelöffnung 68 positioniert ist, sodass die Schaltstange 20 und die Schaltgabel 14 entlang der Schaltstangenlängsachse 26 unabhängig voneinander bewegbar, also entkoppelt sind.
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In der dargestellten Ausführungsform ist der Koppelstift 60 zudem mittels einer Feder 70 in seine Freigabestellung vorgespannt.
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Der Koppelstift 60 nimmt somit die Freigabestellung ein, wenn der Koppelaktor 66 nicht bestromt ist.
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Darüber hinaus ist die Koppeleinheit 18 so ausgebildet, dass der Koppelstift 60 beim Überführen in die Koppelstellung derart auf eine die beiden Arretierhebel 42, 44 verbindende Traverse 72 einwirkt, dass die Arretierhebel 42, 44 entgegen der Kraft der Federn 58 in ihre Freigabestellung überführt werden.
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Die Schaltstange 20 weist hierfür im Bereich der Traverse 72 eine Abflachung 74 auf.
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In den 18 bis 20 ist ein Detail eines Schaltsystems 11 gemäß einer fünften Ausführungsform gezeigt. Dabei wird im Folgenden ausschließlich auf die Unterschiede zu den bereits erläuterten Ausführungsformen eingegangen. Gleiche und einander entsprechende Bauteile tragen folglich dieselben Bezugszeichen.
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In der fünften Ausführungsform ist die Schaltgabel 14 aus Metall hergestellt. Somit kommt diese ohne Gleitsteine 38 aus.
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Darüber hinaus umfassen die Arretierkonturen 52, 54 nun insgesamt drei Arretiernuten 56a, 56b, 56c. Die Schaltgabel 14 kann also in drei vordefinierten Positionen am Schaltsystemgehäuse 28 arretiert werden.
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In den 21 bis 23 ist ein Detail eines Schaltsystems 11 gemäß einer sechsten Ausführungsform gezeigt. Dabei wird wieder ausschließlich auf die Unterschiede zu den bereits erläuterten Ausführungsformen eingegangen. Gleiche und einander entsprechende Bauteile tragen dieselben Bezugszeichen.
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Nun ist die Schaltgabel 14 nicht mehr radial auf der Schaltstange 20 gelagert, sondern auf einer von der Schaltstange 20 separaten Lagerstange 76 mit einer Lagerstangenlängsachse 78. Diese erstreckt sich im Wesentlichen parallel zur Schaltstangenlängsachse 26.
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Die Schaltgabel 14 ist wie bei der Ausführungsform gemäß der 18 bis 20 aus Metall.
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Wie bereits erläutert wurde, ist in allen Ausführungsformen der Koppelaktor 66 fest am Schaltsystemgehäuse 28 gelagert. Die Schaltgabel 14 ist jedoch entlang der Schaltstangenlängsachse 26 beweglich.
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Der Koppelaktor 66 und die Schaltgabel 14 können sich also entlang der Schaltstangenlängsachse 26 relativ zueinander bewegen.
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Eine derartige Bewegung wird mittels des Koppelstößels 64 ausgeglichen, der sich je nach Relativlage der Schaltgabel 14 gegenüber dem Koppelaktor 66 aus einer senkrecht zur Schaltstangenlängsachse 26 verlaufenden Neutralebene heraus schräg stellt. Auf diese Weise kann der Koppelaktor 66 unabhängig von der Relativstellung der Schaltgabel 14 mit dem Koppelstift 60 zusammenwirken.
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Dabei soll die Schrägstellung des Koppelstößels 64 möglichst gering gehalten werden.
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Für den Fall, dass der Koppelaktor 66 mit einer Schaltgabel 14 zusammenwirkt, die drei vordefinierte Positionen relativ zum Schaltsystemgehäuse 28 einnehmen kann, ist der Koppelaktor 66 daher so angeordnet, dass der Koppelstößel 64 in einer mittleren der vordefinierten Positionen in der Neutralebene liegt, also im Wesentlichen gerade steht.
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Falls der Koppelaktor 66 mit einer Schaltgabel 14 zusammenwirkt, die lediglich zwei vordefinierte Positionen relativ zum Schaltsystemgehäuse 28 einnehmen kann, ist der Koppelaktor 66 so angeordnet, dass der Koppelstößel 64 in einer zwischen diesen beiden vordefinierten Positionen liegenden Mittelstellung in der Neutralebene liegt, also im Wesentlichen gerade steht. Der Koppelstößel 64 steht somit in zumindest einer der vordefinierten Positionen, vorzugsweise in beiden vordefinierten Positionen, der Schaltgabel 14 in einer Endwinkellage. Beim Betätigen der Schaltgabel 14 kippt er von einer Endwinkellage in die jeweils andere.
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Folglich steht der Koppelstößel 64 in keiner der beiden vordefinierten Positionen der Schaltgabel 14 gerade.
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Auf diese Weise wird jedoch der Winkel der maximalen Schrägstellung gegenüber einer Variante halbiert, in der der Koppelstößels 64 in einer der beiden vordefinierten Positionen in der Neutralebene liegt und lediglich im Zusammenhang mit der anderen vordefinierten Position schräggestellt werden muss. Diese Konfiguration bewirkt zudem, dass lediglich eine geringe maximale Querkraft auf den Koppelaktor wirkt.
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Nachfolgend wird anhand der 24 bis 30 ein Verfahren zum Schalten eines Getriebes, insbesondere des Fahrzeuggetriebes 10 erläutert.
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Dabei zeigen in den 24 bis 30 die Figurenteile a) jeweils eine Detailansicht einer Schaltgabel 14, die stellvertretend für alle Schaltgabeln 14a bis 14f steht, und die Figurenteile b) jeweils eine zugeordnete Schnittdarstellung.
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24 zeigt eine Ausgangsposition, in der die Schaltstange 20 eine Neutralposition einnimmt.
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Um in diesem Zustand unerwünschte Kopplungen der Schaltgabel 14 mit der Schaltstange 20 zu vermeiden, fluchtet in der Neutralposition die Koppelöffnung 68 nicht mit dem Koppelstift 60. Die Koppelöffnung 68 ist also gegenüber der Stiftlängsachse 62 versetzt.
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Die Schaltgabel 14 befindet sich im Zustand der 24 in einer ersten von insgesamt zwei zugeordneten Positionen, die beispielsweise einer ausgelegten Position des zugeordneten Schaltelements entspricht.
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Dabei ist die Schaltgabel 14 mittels der Arretiereinheit 40 im Schaltsystemgehäuse 28 arretiert.
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Soll nun die Schaltgabel 14 in ihre zweite Position verfahren werden, die beispielsweise einer eingelegten Position des zugeordneten Schaltelements entspricht, wird zunächst die Schaltstange 20 in eine Position verfahren, in der der Koppelstift 60 mit der zugeordneten Koppelöffnung 68 fluchtet (siehe 25). Die Koppelöffnung 68 liegt also auf der Stiftlängsachse 62.
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Nachfolgend wird der Koppelstift 60 mittels des Koppelaktors 66 in die Koppelöffnung 68 hinein verlagert (siehe 26).
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Dadurch sind die Schaltgabel 14 und die Schaltstange 20 entlang der Schaltstangenlängsachse 26 miteinander verbunden.
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Die Schaltgabel 14 bleibt zunächst weiterhin im Schaltsystemgehäuse 28 arretiert.
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Erst wenn der Koppelstift 60 so weit durch die Koppelöffnung 68 hindurchragt, dass er die Traverse 72 von der Abflachung 74 der Schaltstange 20 abhebt und dadurch die Arretiereinheit 40 in ihre Freigabestellung überführt, ist die Schaltgabel 14 vom Schaltsystemgehäuse 28 entkoppelt (siehe 27).
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Nun kann die Schaltgabel 14 zusammen mit der Schaltstange 20 entlang der Schaltstangenlängsachse 26 verfahren werden. Hierfür wird der Schaltaktor 24 genutzt.
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Über die mit der Schaltstange 20 gekoppelte Schaltgabel 14 wird dabei das zugeordnete Schaltelement betätigt, im vorliegenden Beispiel also in seine eingelegte Position verfahren.
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Wenn die zweite Position der Schaltgabel 14 erreicht ist, wird diese wieder im Schaltsystemgehäuse 28 arretiert (siehe 29).
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Hierfür wird der Koppelstift 60 in Richtung des Koppelaktors 66 bewegt, sodass die Traverse 72 wieder an der Abflachung 74 der Schaltstange 20 anliegt.
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Anschließend wird der Koppelstift 60 noch weiter in Richtung des Koppelaktor 66 verfahren, bis er vollständig außerhalb der Koppelöffnung 68 liegt. Somit ist die Schaltstange 20 von der Schaltgabel 14 entkoppelt.
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Nun kann die Schaltstange wieder in ihre Neutralposition verfahren werden (vgl. 24).
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Es versteht sich, dass mittels des anhand der 24 bis 30 erläuterten Verfahrens auch mehrere Schaltgabeln 14 gleichzeitig mit der Schaltstange 20 gekoppelt und zur Betätigung der jeweils zugeordneten Schaltelemente in dieselbe Richtung bewegt werden können.
