DE19530616C2 - Schaltvorrichtung für Zahnräderwechselgetriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltvorrichtung für Zahnräderwechselgetriebe 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 typischerweise 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.

Schaltvorrichtungen der eingangs genannten Art zeichnen sich durch einen geringen baulichen Aufwand aus, weil auf eine jeweilige Schaltschiene zum Betätigen der Schaltgabeln verzichtet werden kann.

Bei der aus der US 52 97 453 bekannten Schaltvorrichtung dieser Art sind der Schaltwelle des vierstufigen Hauptgetriebes drei Schaltgabeln zum Betätigen je einer Schaltschiebemuffe zugeordnet, während die eine Schaltschiebemuffe des zweistufigen Zusatzgetriebes durch einen Stellmotor über eine zugehörige weitere Schaltgabel betätigt wird. Der Stellmotor ist durch einen Handschalter in Betrieb setzbar, welcher sich am Handgriff des Handschalthebels zum Betätigen der Schaltwelle des Hauptgetriebes befindet. Die Schaltgabeln des Hauptgetriebes sind mit Lageraugen versehen, welche zur unmittelbaren Lagerung der Schaltgabel auf der Schaltwelle des Hauptgetriebes ausgebildet sind. Die Schaltwelle des Hauptgetriebes ist mit je einem Schaltfinger für die drei Schaltgabeln versehen, wobei die Schaltfinger an der Schaltwelle mit gleichem Radius zur Drehachse ausgerichtet sind. Von den Lageraugen der Schaltgabeln gehen segmentartig erweiterte schlitzförmige Ausnehmungen aus, in welchen sich der zugehörige Schaltfinger in den Umfangsrichtungen und in den Axialrichtungen der Drehachse der Schaltwelle relativ zur Schaltgabel bewegen kann, wenn sich die Schaltwelle nicht in der der jeweiligen Schaltgabel zugehörigen Drehwinkelstellung befindet, ansonsten wird die je nach Drehwinkelstellung ausgewählte Schaltgabel beim axialen Verschieben der Schaltwelle vom zugehörigen Schaltfinger betätigt.

Bei einer bekannten gattungsfremden Schaltvorrichtung (DE-GM 17 31 865) für ein Einbereichs-Zahnräderwechselgetriebe sind drei Schaltgabeln mit ihren Lageraugen auf einer Stange axial verschiebbar gelagert, welche achsparallel zu einer axialbeweglichen Schaltwelle angeordnet und axialbeweglich im Getriebegehäuse gelagert und durch einen Mitnehmer in den Axialrichtungen bewegungsfest mit der Schaltwelle verbunden ist. Die mit einer jeweiligen Kupplungsnut der Schaltgabeln zusammenarbeitenden drei Schaltfinger der Schaltwelle sind in einer die Drehachse der Schaltwelle enthaltenden Ebene sowohl zueinander fluchtend als auch mit gleichem Radius zur Drehachse ausgerichtet, während die Kupplungsnuten der Schaltgabeln in den Drehrichtungen zueinander versetzt liegen.

Die Schaltwelle ist von einer axial unbeweglichen Verriegelungshülse umgeben, die Ausnehmungen für die Kupplungsnuten aufweist und beim Wählen zum Sperren der nichtbetätigten Schaltgabeln verdrehbar ist.

Bei einer weiteren bekannten Schaltvorrichtung anderer 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 (DE 44 43 523 C1) 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.

Aus der JP 4-19462 A ist es bei einem ein­ fachen Zahnräderwechselgetriebe bekannt, eine Schalt­ walze zum Betätigen der den Gängen zuge­ ordneten Schaltgabeln durch einen elektri­ schen Schrittmotor anzutreiben.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe zielt bei einer Schaltvorrichtung nach der eingangs genannten Art auf eine Automatisierung der Schaltvorgänge unter Einbeziehung des die Gangzahl verdoppelnden Zusatzgetriebes ab.

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

Bei der Schaltvorichtung nach der Erfindung ist ein und derselbe Schrittmotor sowohl zum Betätigen der Schaltgabel des Zusatzgetriebes als auch zum Wählen der Gangstufen des Hauptgetriebes vorgesehen.

Bei der Schaltvorrichtung nach der Erfindung ist durch die Maßnahme nach Patentanspruch 2 eine getriebetechnisch einfache Anbindung von Schaltwelle und Schaltwalze an den Schrittmotor erreicht.

Bei der bekannten gattungsgemäßen Schaltvorrichtung der US 52 97 453 werden die beide jeweils nicht beim Schalten des neuen Ganges beteiligten Schaltgabeln des Hauptgetriebes durch zugehörige Sperrnocken an einer Arretierungsschiene gegenüber dem Getriebegehäuse festgelegt, welche gegenüber der Schaltwelle des Hauptgetriebes in bezug auf deren Drehachse axial beweglich und drehfest sowie gegenüber dem Getriebegehäuse axial unbeweglich - im übrigen jedoch beweglich angeordnet ist. Die in einem Längsschlitz am Außenumfang der Schaltwelle aufgenommene Arregierungsschiene durchsetzt die Lageraugen der drei auf der Schaltwelle gelagerten Schaltgabeln, so daß sich eine komplizierte Ausgestaltung der Durchgangsschlitze an den Lageraugen für die Arretierungsschiene ergibt, da ein Freigang gegenüber der Arretierungsschiene nur in der der jeweiligen Schaltgabel zugehörigen Drehwinkelstellung der Schaltwelle vorhanden sein darf. Bei dieser bekannten Schaltvorrichtung ist ein beliebiges Durchlaufen der signifikanten Drehwinkelstellungen durch die Schaltwelle des Hauptgetriebes weder beabsichtigt noch ohne weiteres möglich.

Bei der bekannten gattungsfremden Schaltvorrichtung des DE-GM 17 31 865 werden die beiden jeweils nicht am Schalten des neuen Ganges beteiligten Schaltgabeln durch eine von der Schaltwelle durchsetzte Arretierungshülse gegenüber dem Getriebegehäuse festgelegt, welche in bezug auf die Drehachse der Schaltwelle gegenüber Schaltwelle und Getriebegehäuse drehbar, jedoch axialbeweglich nur' gegenüber der Schaltwelle angeordnet ist. Die Arretierungshülse weist einen zur Drehachse parallelen Längsschlitz auf, in welchen die drei Schaltfinger der Schaltwelle eingreifen. In den Längsschlitz greifen weiterhin ein gabelförmiges Gegenkupplungsglied am Außenumfang des Lagerauges derjenigen Schaltgabel ein, für die die Schaltwelle in die richtige Drehwinkelstellung gebracht ist, so daß der betreffende Schaltfinger in die Kupplungsnut des Gegenkupplungsgliedes eingreift. Die jeweils beiden anderen Gegenkupplungsglieder stehen dann an Sperrflächen je einer Ausnehmung der Arretierungshülse an, welche relativ zum Längsschlitz sowohl offen ist als sich auch um ein die zugehörige abweichende Drehwinkelstellung ermöglichendes Maß in Umfangsrichtung erstreckt. Auch bei dieser bekannten Schaltvorrichtung ist ein beliebiges Durchlaufen der den Schaltgabeln zugehörigen Drehwinkelstellungen durch die Schaltwelle weder beabsichtigt noch ohne weiteres möglich.

Bei der Schaltvorrichtung nach der Erfindung ist demgegenüber eine vorteilhaftere Arretierung der am Schaltvorgang nicht beteiligten Schaltgabeln des Hauptgetriebes durch die Ausgestaltung nach Patentanspruch 3 erreicht.

Bei der Schaltvorrichtung nach der Erfindung ist durch die Ausgestaltung nach den Patentansprüchen 4, 5 und 7 eine vorteilhafte Kupplungseinrichtung zwischen Schaltwelle und jeweiliger Schaltgabel des Hauptgetriebes geschaffen.

Durch die Ausgestaltung der Schaltvorrichtung nach der Erfindung gemäß Patentanspruch 6 können beim Schalten Gänge übersprungen werden, auch wenn ein Schrittmotor für den Drehantrieb der Schaltwelle verwendet ist.

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-Stell­ motor 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 vorgesehen 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 (7)

1. Schaltvorrichtung für Zahnräderwechselgetriebe mit einem mehrstufigen Hauptgetriebe und einem im Kraftfluß in Reihe liegenden Zusatzgetriebe, mit einer zum Schalten von Zahnradstufen des Hauptgetriebes vorgesehen sowie dreh- und axialbeweglich angeordneten Schaltwelle zur wahlweisen axialen Betätigung von wenigstens zwei Schaltschiebemuffen über je eine zugeordnete Schaltgabel des Hauptgetriebes, und bei der ein zur Schaltwelle des Hauptgetriebes bewegungsfest angeordnetes Kupplungsglied einer Gestängekupplung mit einem einer Schaltgabel des Hauptgetriebes zugeordneten Gegen-Kupplungslied der Gestängekupplung in Eingriff bringbar ist, wenn die Schaltwelle des Hauptgetriebes in bezug auf die Längsrichtungen ihrer Drehachse in einer Neutralstellung steht und in bezug auf die Umfangsrichtungen ihrer Drehachse in eine der jeweiligen Schaltgabel zugehörige Drehwinkelstellung gebracht wird, und bei der jeder Schaltgabel des Hauptgetriebes ein zur Schaltwelle des Hauptgetriebes bewegungsfestes Kupplungsglied zugeordnet ist und alle Kupplungsglieder in bezug auf die Drehachse der Schaltwelle des Hauptgetriebes in Längsrichtung gegeneinander versetzt sind, und bei der eine Schaltgabel zum Schalten von Zahnradstufen des Zusatzgetriebes durch einen Stellmotor betätigbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltwelle (6) des Hauptgetriebes sowohl mit einem koaxial angeordneten Stellmotor (29) zum axialen Betätigen der Schaltgabeln (7 bis 9) des Hauptgetriebes als auch mit einem parallel angeordneten Schrittmotor (30) zum Betätigen der Kupplungsglieder (10 bis 12) des Hauptgetriebes in die zugehörigen Drehwinkelstellungen über ein erstes Zahnradhilfsgetriebe (31) gekoppelt ist, daß eine zur Schaltwelle (6) des Hauptgetriebes koaxiale Schaltwalze (33) zum Betätigen der Schaltgabel (34) des Zusatzgetriebes über ein zweites Zahnradhilfsgetriebe (35) ebenfalls mit dem Schrittmotor (30) gekoppelt ist, und daß zwei Freilaufkupplungen (A und B) mit relativ zueinander gegensinnigem Sperrsinn vorgesehen sind, von denen die eine Freilaufkupplung (A) die Schaltwelle (6) des Hauptgetriebes mit einem koaxialen Zahnrad (32) des ersten Zahnradhilfsgetriebes (31) und die andere Freilaufkupplung (B) die Schaltwalze (33) des Zusatzgetriebes mit einem koaxialen Zahnrad (37) des zweiten Zahnradhilfsgetriebes (35) verbindet.

2. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schrittmotor (30) mit einem Ritzel (36) des Zahnradhilfsgetriebes in Antriebsverbindung steht, das sowohl mit dem mit der Schaltwelle (6) des Hauptgetriebes verbundenen Zahnrad (32) als auch mit dem mit der Schaltwalze (33) des Zusatzgetriebes verbundenen Zahnrad (37) kämmt.

3. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine zur Schaltwelle (6) des Hauptgetriebes konzentrische Arretierungshülse (17) gegenüber einem Gehäuseteil (18) eines Schaltgehäuses (19) in bezug auf die Axialrichtungen der Drehachse (38-38) der Arretierungshülse (17) unbeweglich und in bezug auf die Umfangsrichtungen der Drehachse (38-38) der Arretierungshülse (17) drehbeweglich angeordnet sowie mit einer nach der Anzahl und nach der gegenseitigen Lage den zur Schaltwelle (6) des Hauptgetriebes bewegungsfesten Kupplungsgliedern (10 bis 12) entsprechenden Anordnung von Fensteröffnungen (20 bis 22) für den Durchgang des jeweiligen Gegen-Kupplungsgliedes (13 bis 15) versehen ist, daß die Schaltwelle (6) des Hauptgetriebes 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 Gegen-Kupplungsglied (13 bis 15) eingreift, wenn die Schaltwelle (6) des Hauptgetriebes sich nicht in der der zugehörigen Schaltgabel (7 bis 9) zugeordneten Drehwinkelstellung befindet.

4. Schaltvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Schaltwelle (6) des Hauptgetriebes bewegungsfeste Kupplungsglied (10 bis 12) als nockenartiger Ansatz (26) mit einer in Umfangsrichtung verlaufenden Kupplungsnut (27) ausgebildet ist.

5. Schaltvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Führung am Außenumfang der Arretierungshülse eine nutartige Einschnürung (28) ausgebildet ist, welche in Umfangsrichtung bei Neutralstellung der Schaltwelle fluchtend zur Kupplungsnut (27) ausgebildet ist.

6. Schaltvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschnürung (28) in Umfangsrichtung durchlaufend ausgebildet ist.

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