DE19530616A1 - Schaltvorrichtung für Zahnräderwechselgetriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltvorrichtung nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Zahnräderwechselgetriebe werden z. B. in Kraftfahrzeugen dazu eingesetzt, Drehmoment und Drehzahl der Antriebsmaschine zu wan­ deln und an den entsprechenden Betriebszustand des Fahrzeuges anzupassen. Diese Getriebe bestehen typischer Weise aus drei Wellen, einer Antriebswelle, parallel dazu einer Vorgelegewelle und koaxial zur Eingangswelle einer Hauptwelle oder Abtriebs­ welle. Zur Einstellung verschiedener Getriebeübersetzungen kön­ nen zwischen Antriebswelle und Vorgelegewelle sowie zwischen Vorgelegewelle und Hauptwelle entsprechende Zahnradpaarungen kombiniert geschaltet werden.

Die zur Auswahl stehenden Zahnradpaarungen bestehen jeweils aus einem wellenfesten Zahnrad und einem auf der Gegenwelle drehbar gelagerten Zahnrad. Zum Schalten der Übersetzung wird das dreh­ bar gelagerte Zahnrad mittels einer in der Regel formschlüssigen Kupplung mit der Welle drehfest verbunden.

Die drehbar gelagerten Zahnräder können je nach konstruktiven und funktionellen Anforderungen auf unterschiedlichen Wellen an­ geordnet sein. Die Schaltung der Zahnräder erfolgt meistens mit­ tels einer Synchron-Kupplung oder einer Klauen-Kupplung. Zum Ausführen der Schaltung muß eine Schiebemuffe axial auf der Welle bewegt werden, um die Verbindung zwischen Zahnrad und Welle herzustellen.

Die Schiebemuffe ist dabei drehfest und axial verschiebbar auf der jeweiligen Welle gelagert. Die Betätigung der Schiebemuffe erfolgt über eine Schaltgabel, die durch einen geeigneten Mecha­ nismus axial bewegt oder um eine gehäusefeste Achse geschwenkt wird.

Bei einer bekannten Schaltvorrichtung der eingangs genannten Art (EP 0 301 724 B1) weist die Schaltwelle zur Betätigung aller Schaltgabeln nur ein Kupplungsglied in Form eines Schaltfingers auf, welcher in der Neutralstellung der Schaltwelle in jeweils eine der den Schaltgabeln zugeordneten Kupplungsnuten einge­ schwenkt werden kann, wobei jede Schaltgabel mit einer achs­ parallel zu ihrer Getriebewelle angeordneten Schaltschiene ver­ bunden ist, welche an ihrem zur Schaltgabel entgegengesetzten Ende die betreffende Kupplungsnut für den Schaltfinger aufweist.

Eine gattungsfremde Schaltvorrichtung (Patentanmeldung P 44 43 523.1-12 = Daim 23 861/4) weist eine Schaltwelle mit zwei Schaltfingern auf, welche in einer die Drehachse der Schaltwelle enthaltenden Ebene der Schaltwelle liegen, wobei der eine Schaltfinger zur wahlweisen Betätigung von zwei Schaltgabeln dient, während der zweite Schaltfinger nur zur Betätigung einer dritten Schaltgabel verwendet ist. Auch bei dieser Schaltvor­ richtung sind die Kupplungsnuten für den Eingriff der Schalt­ finger am Ende einer jeweils mit einer Schaltgabel verbundenen und achsparallel zur zugehörigen Getriebewelle angeordneten Schaltschiene vorgesehen, wobei die Schaltwelle axial verschoben werden muß, um einen der Schaltfinger mit einer Kupplungsnut in Eingriff bringen zu können.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht im wesent­ lichen darin, den insbesondere durch die Schaltschienen beding­ ten baulichen Aufwand der Schaltvorrichtung zu verringern.

Die erläuterte Aufgabe ist gemäß der Erfindung in vorteilhafter Weise mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst.

Bei der Schaltvorrichtung nach der Erfindung kann eine Schalt­ schiene zwischen Schaltgabel und Schaltwelle entweder vollkommen entfallen oder mit einer axial kleinen Baulänge ausgeführt sein.

Bei der Schaltvorrichtung nach der Erfindung ist in vorteilhaf­ ter Weise eine Arretierung der am Schaltvorgang nicht beteilig­ ten Schaltgabeln durch die Ausgestaltung nach Patentanspruch 2 erreicht.

Bei der Schaltvorrichtung nach der Erfindung ist durch die Aus­ gestaltung nach den Patentansprüchen 3 und 4 eine vorteilhafte Kupplungs- und Arretierungseinrichtung zwischen Schaltwelle und jeweiliger Schaltgabel geschaffen.

Durch die vorteilhafte Ausgestaltung der Schaltvorrichtung nach der Erfindung gemäß Patentanspruch 5 können beim Schalten Gänge übersprungen werden, auch wenn ein Schrittmotor für den Drehan­ trieb der Schaltwelle verwendet wird.

Die Patentansprüche 6 bis 8 haben vorteilhafte Ausgestaltungen der Schaltvorrichtung nach der Erfindung zum Gegenstand, die auf eine Automatisierung der Schaltvorgänge abzielen.

Die Patentansprüche 9 bis 12 zielen ebenfalls auf eine Automati­ sierung der Schaltvorgänge, hier jedoch unter Einbeziehung eines die Gangzahl verdoppelnden Zusatzgetriebes, ab.

Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung einer in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsform.

In der Zeichnung bedeuten

Fig. 1 eine Anordnung einer Schaltvorrichtung nach der Erfin­ dung, wobei nur die für die Erfindung wesentlichen Merk­ male gezeichnet sind,

Fig. 2 eine Darstellung der Schaltwelle der Schaltvorrichtung von Fig. 1,

Fig. 3 eine Darstellung der Arretierungshülse von Fig. 1, einmal in einer Seitenansicht und einmal in einer perspektivi­ schen Ansicht gezeichnet,

Fig. 4 eine Darstellung der Schaltwalze der Schaltvorrichtung von Fig. 1, einmal in einer Seitenansicht und einmal in einer perspektivischen Ansicht gezeichnet, und

Fig. 5 eine perspektivische Darstellung des Eingriffes des Kupp­ lungsgliedes 11 mit dem Gegen-Kupplungsglied 14 der Schaltvorrichtung von Fig. 1 gemäß Ausschnitt V.

Unter Bezugnahme zunächst auf Fig. 2 ist eine Schaltwelle 6 mit drei sowohl in den Axialrichtungen ihrer Drehachse 16-16 als auch in den Umfangsrichtungen gegeneinander versetzt angeordne­ ten Kupplungsgliedern 10 bis 12 versehen, welche jeweils aus ei­ nem nockenartigen radialen Ansatz 26 mit einer in Umfangsrich­ tung verlaufenden Kupplungsnut 27 bestehen und zur Schaltwelle 6 bewegungsfest angeordnet sind. Die Schaltwelle 6 wird in den Axialrichtungen ihrer Drehachse 16-16 durch einen Druckmittel- Stellmotor 29 der Axialkolben-Bauart zum Schalten der Gänge be­ tätigt, und zwar aus einer in Fig. 1 gezeichneten Neutralstel­ lung - in welcher alle Gänge ausgerückt sind - heraus wahlweise in die eine oder andere Richtung für das Einrücken eines der beiden einer Schaltgasse zugehörigen Gänge.

Die Schaltwelle 6 ist in eine Arretierungshülse 17 eingesetzt, welche für die drei Kupplungsglieder 10 bis 12 der Schaltwelle 6 je eine Fensteröffnung 20 bis 22 aufweist, wobei diese Fenster­ öffnungen entsprechend den Kupplungsgliedern in Umfangs- und Axialrichtung der Drehachse 38-38 der Arretierungshülse 17 ge­ geneinander versetzt am Umfang angeordnet sind. Die Fensteröff­ nungen 20 bis 22 sind in den Axialrichtungen der Drehachse 38-38 so weit, daß das jeweilige Kupplungsglied 10 bis 12 eine dem je­ weiligen Schaltweg beim Einlegen eines Ganges entsprechende Relativbewegung gegenüber der Arretierungshülse 17 ausüben kann. Die Fensteröffnungen 20 bis 22 sind in den Umfangsrichtungen der Drehachse 38-38 so weit, daß die Schaltwelle 6 über die Kupp­ lungsglieder 10 bis 12 mit der Arretierungshülse 17 drehfest verbunden ist.

Die Arretierungshülse 17 ist in nicht mehr dargestellter Weise gegenüber einem Gehäuseteil 18 eines Schaltgehäuse 19 der Schaltvorrichtung derart gelagert, daß die Arretierungshülse 17 in bezug auf die Axialrichtungen ihrer Drehachse 38-38 unver­ rückbar festgelegt, dagegen in bezug auf die Umfangsrichtungen ihrer Drehachse 38-38 drehbar angeordnet ist.

Mit den Kupplungsnuten 27 der Kupplungsglieder 10 bis 12 der Schaltwelle 6 ist je ein Gegen-Kupplungsglied 13 bis 15 von drei Schaltgabeln 7 bis 9 in jeweils einer bestimmten Drehwinkelstel­ lung der Schaltwelle 6 in Eingriff bringbar, wobei ein Kupp­ lungszapfen 39 des jeweiligen Gegen-Kupplungsgliedes in die Kupplungsnut 27 des jeweiligen Kupplungsgliedes eingreift. Die Schaltgabeln 7 bis 9 sind ihrerseits in bekannter Weise mit je einer Schaltschiebemuffe gekoppelt, durch deren Verschiebung ein jeweiliges Zahnrad des Zahnräderwechselgetriebes mit seiner Welle kuppelbar ist.

Um die Schaltgabeln, welche am jeweiligen Schaltvorgang nicht beteiligt sind, gegenüber dem Schaltgehäuse 19 zu arretieren, weist die Arretierungshülse 17 für das jeweilige Gegen-Kupp­ lungsglied 13 bis 15 der Schaltgabeln 7 bis 9 Führungen 23 bis 25 auf, in welche der betreffende Kupplungszapfen 39 eintritt, wenn die Schaltwelle 6 nicht in der der jeweiligen Schaltgabel zugehörigen Drehwinkelstellung steht. Diese Führungen sind in Form von nutförmigen Einschnürungen 28 ausgebildet, welche mit der jeweiligen Kupplungsnut 27 fluchtend ausgerichtet sind. Die Führungen 23 bis 25 verlaufen jeweils in Umfangsrichtung durchgehend, sind also jeweils nur durch die jeweilige Fenster­ öffnung 20 bis 23 unterbrochen. Auf diese Weise kann die Schalt­ welle 6 durch Drehen in ein und demselben Drehsinn in beliebiger Weise mit einer der Schaltgabeln 7 bis 9 gekoppelt werden, ohne eine bestimmte Reihenfolge beim Wechsel von der einen Schalt­ gabel auf eine andere einhalten zu müssen.

Die Arretierungshülse 17 ist an ihrem dem Stellmotor 29 abge­ wandten Ende durch eine Freilaufkupplung A mit einem koaxial zu ihrer Drehachse 38-38 angeordneten Zahnrad 32 eines Zahnradge­ triebes 31 verbunden. Koaxial zum Zahnrad 32 ist ein Zahnrad 37 eines weiteren Zahnradgetriebes 35 angeordnet. Das Zahnrad 37 ist durch eine Freilaufkupplung B mit einer zur Schaltwelle 6 koaxial angeordneten Schaltwalze 33 verbunden, welche zur Be­ tätigung einer Schaltgabel 34 verwendet ist, die ihrerseits zum wahlweisen Schalten der beiden Übersetzungen eines Zusatzgetrie­ bes, beispielsweise in Form von zwei im Kraftfluß zwischen Ein­ gangswelle und Vorgelegewelle liegenden Getriebekonstanten die­ nen kann.

Die Zahnradgetriebe 31 und 35 weisen ein mit ihrem Zahnrad 32 bzw. 37 kämmendes gemeinsames Ritzel 36 auf, welches seinerseits durch einen elektrischen Schrittmotor 30 in beiden Drehrichtun­ gen antreibbar ist. Da die beiden Freilaufkupplungen A und B je­ weils in der entgegengesetzten Drehrichtung sperren, wird die Schaltwelle 6 gedreht, wenn der Schrittmotor in seinem einen Drehsinn arbeitet, dagegen wird die Schaltwalze 33 gedreht, wenn der Schrittmotor 30 in seinem anderen Drehsinn betrieben wird.

Claims (12)

1. Schaltvorrichtung für Zahnräderwechselgetriebe, mit einer dreh- und axialbeweglich angeordneten Schaltwelle zur wahlweisen Betätigung von wenigstens zwei Schaltschiebemuffen über je eine zugeordnete Schaltgabel, und bei der ein zur Schaltwelle bewe­ gungsfest angeordnetes Kupplungsglied einer Gestängekupplung mit einem einer Schaltgabel zugeordneten Gegen-Kupplungsglied der Gestängekupplung in Eingriff bringbar ist, wenn die Schaltwelle in bezug auf die Längsrichtungen ihrer Drehachse in einer Neu­ tralstellung steht und in bezug auf die Umfangsrichtungen ihrer Drehachse in eine der jeweiligen Schaltgabel zugehörige Drehwin­ kelstellung gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schaltgabel (7 bis 9) ein zur Schaltwelle (6) bewe­ gungsfestes Kupplungsglied (10 bis 12) zugeordnet ist und alle Kupplungsglieder (10 bis 12) der Schaltwelle (6) in bezug auf die Drehachse (16-16) der Schaltwelle (6) sowohl in Umfangs­ richtung als auch in Längsrichtung gegeneinander versetzt sind.

2. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine zur Schaltwelle (6) konzentrische Arretierungshülse (17) gegenüber einem Gehäuseteil (18) eines Schaltgehäuse (19) in bezug auf die Axialrichtungen der Drehachse (38-38) der Arre­ tierungshülse (17) unbeweglich und in bezug auf die Umfangsrich­ tungen der Drehachse (38-38) der Arretierungshülse (17) drehbe­ weglich angeordnet sowie mit einer nach der Anzahl und nach der gegenseitigen Lage den zur Schaltwelle (6) bewegungsfesten Kupp­ lungsgliedern (10 bis 12) entsprechenden Anordnung von Fenster­ öffnungen (20 bis 22) für den Durchgang des jeweiligen Gegen- Kupplungsgliedes (13 bis 15) versehen ist, daß die Schaltwelle (6) mit der Arretierungshülse (17) drehfest und axial begrenzt beweglich verbunden ist, und daß die Arretierungshülse (17) an ihrem Außenumfang mit von einer jeweiligen Fensteröffnung (20 bis 22) ausgehenden und sich in Umfangsrichtung erstreckenden Führungen (23 bis 25) versehen ist, in welche das jeweilige Ge­ gen-Kupplungsglied (13 bis 15) eingreift, wenn die Schaltwelle (6) sich nicht in der der zugehörigen Schaltgabel (7 bis 9) zu­ geordneten Drehwinkelstellung befindet.

3. Schaltvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß für das zur Schaltwelle (6) bewegungsfeste Kupplungsglied (10 bis 12) ein nockenartiger Ansatz (26) mit einer in Umfangs­ richtung verlaufenden Kupplungsnut (27) verwendet ist.

4. Schaltvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Führung eine nutartige Einschnürung (28) verwendet ist, welche in Umfangsrichtung fluchtend zur Kupplungsnut (27) ausge­ bildet ist.

5. Schaltvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschnürung (28) in Umfangsrichtung durchlaufend aus­ gebildet ist.

6. Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltwelle (6) mit einem koaxial angeordneten Stell­ motor (29) gekoppelt ist.

7. Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltwelle (6) mit einem parallel angeordneten Schritt­ motor (30) durch ein Zahnradgetriebe (31) gekoppelt ist.

8. Schaltvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zahnrad (32) des Zahnradgetriebes (31) koaxial und be­ wegungsfest zur Arretierungshülse (17) angeordnet ist.

9. Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Schaltwelle (6) eine Schaltwalze (33) koaxial angeordnet ist, welche zur Betätigung einer Schaltgabel (34) eines Zusatz­ getriebes verwendet und durch einen parallel angeordneten Schrittmotor (30) über ein Zahnradgetriebe (35) angetrieben ist.

10. Schaltvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zahnrad (37) des Zahnradgetriebes (35) koaxial und be­ wegungsfest zur Schaltwalze (33) angeordnet ist.

11. Schaltvorrichtung nach den Ansprüchen 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß Schaltwelle (6) und Schaltwalze (33) sowohl durch einen ge­ meinsamen, in beiden Drehrichtungen wirksamen Schrittmotor (30) antreibbar als auch durch je eine Freilaufkupplung (A bzw. B) nur in einer Drehrichtung mit dem jeweils koaxial angeordneten Zahnrad (32 bzw. 37) bewegungsfest verbunden sind, und daß die beiden Freilaufkupplungen (A bzw. B) in den entgegengesetzten Drehrichtungen sperren.

12. Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der mit der Schaltwelle (6) kuppelbaren Schaltgabeln (7 bis 9) mit ihrem Gegen-Kupplungsglied (13 bis 15) unmittelbar verbunden ist.