DE19534683A1 - Schalteinrichtung mit Endlagendämpfung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine pneumatische Schaltein­ richtung für eine Bereichsgruppenschaltung nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.

Bei mittleren und schweren Getriebebaureihen kommen Getriebe mit sogenannten Nachschalt- bzw. Bereichsgruppen zum Einsatz. Die Schaltung der Bereichsgruppe erfolgt bei den aus der Praxis bekannten Bereichsgruppen-Getrieben mit­ tels eines Schaltkolbens, der sich in einem Schaltzylinder zwischen zwei Anschlagflächen bewegt. Handelt es sich dabei um einen festen Anschlag, kommt es insbesondere bei hohen Kolbengeschwindigkeiten und relativ großen bewegten Massen zu hohen Schaltgeräuschen beim Auftreffen des Kolbens auf der Anschlagfläche.

Des weiteren führt der harte Aufschlag zu einer hohen Belastung von den bei einem Schaltvorgang bewegten Schalt­ elementen, woraus sich beispielsweise Schaltgabelbrüche, Zylinderdeckelrisse oder der Ausfall von Elektronikbautei­ len ergeben können.

Aus der Praxis ist es bekannt, zur Dämpfung des An­ schlages des Schaltkolbens innerhalb der Schaltzylinderein­ heit oder auch außerhalb angeordnete federnde Anschläge bzw. Puffer anzuordnen.

Diese Einrichtungen wirken aber einer definierten End­ lage des Kolbens entgegen und eignen sich deshalb trotz ihres relativ geringen Aufwandes nicht.

Es ist weiterhin aus der Praxis bekannt, bei pneumati­ schen Bereichsgruppen-Getrieben den Endanschlag des Schalt­ kolbens derart zu dämpfen, daß die Kolbenstange mit einem speziellen Dämpfungskolben verbunden ist, wobei der Dämp­ fungszylinder in ein variables Ölreservoir einfährt, wel­ ches den Volumenausgleich aufnimmt.

Bei dieser bekannten Lösung für eine Endlagendämpfung ist jedoch ein erheblicher Aufwand zur Trennung zwischen den pneumatischen und hydraulischen Arbeitsmedien erforder­ lich, woraus sich ein entsprechend hoher konstruktiver Auf­ wand und hohe Herstellungskosten für die Schalteinrichtung ergeben.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine pneumati­ sche Schalteinrichtung für eine Bereichsgruppenschaltung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 zu schaffen, welche ge­ genüber dem Stand der Technik dahingehend weiterentwickelt ist, daß die Endlagendämpfung im Schaltzylinder bei gleich­ zeitig hoher Effizienz vereinfacht wird und eine einfache und kostengünstige Trennung zwischen pneumatischen und hy­ draulischen Arbeitsmedien aufweist.

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.

Mit der erfindungsgemäßen pneumatischen Schalteinrich­ tung können für den Fahrer die Schaltkräfte wesentlich re­ duziert werden und der Endanschlag des Schaltkolbens im Schaltzylinder erheblich gedämpft werden. Dabei wird trotz der Endlagendämpfung des Schaltkolbens vorteilhafterweise nicht die Schaltzeit beeinträchtigt.

Gegenüber dem Stand der Technik ist bei der erfin­ dungsgemäßen Schalteinrichtung besonders von Vorteil, daß durch einen Verzicht auf ein externes, variables Ölreser­ voir keine aufwendige Trennung zwischen Pneumatik und Hy­ draulik erforderlich ist, wie es bei den aus der Praxis bekannten Lösungen der Fall ist.

Dadurch, daß die erfindungsgemäße Schalteinrichtung mit der Endlagendämpfung aus weniger, einfacheren und ko­ stengünstigeren Teilen besteht, ergeben sich insgesamt deutlich niedrigere Herstellungskosten.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus dem nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispiel.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung eines Schaltzylin­ ders mit externem Dämpfungszylinder im Schnitt, wobei der Schaltkolben und der Dämpfungskolben in einer Schaltposition I und gestrichelt in einer Schaltposition II dargestellt sind und

Fig. 2 eine Prinzipdarstellung eines Schaltzylin­ ders, wobei der Dämpfungszylinder in der Kolbenstange des Schaltkolbens integriert ist. Der Schaltkolben und der Dämpfungskol­ ben sind wiederum in der Schaltposition I und gestrichelt in der Schaltposition II dargestellt.

Bezug nehmend auf Fig. 1 und Fig. 2 ist eine pneumati­ sche Schalteinrichtung für eine Bereichsgruppenschaltung mit einem Schaltzylinder 1 dargestellt, in dem ein ver­ schiebbarer Schaltkolben 2 mit einer Kolbenstange 3 ange­ ordnet ist. Der Schaltkolben 2 bewegt sich, je nach Schalt­ stellung, zwischen einer Stirn- bzw. Anschlagseite 4 und einer Anschlagseite 5 im Schaltzylinder 1. Die Endstellung des Schaltkolbens 2 an der Stirnseite 4 stellt nach Fig. 1 und Fig. 2 die Schaltposition I, die Endanschlagstellung des Schaltkolbens 2 an der Anschlagfläche 5 die Schaltposi­ tion II dar.

Zur Dämpfung des Endanschlages des Schaltkolbens 2 ist dieser mit einem zylindrischen Dämpfungskolben 6 mit einer Dämpfungskolbenstange 7 verbunden, wobei der Dämpfungskol­ ben 6 in einem separaten Dämpfungszylinder 8 innerhalb ei­ ner Hydraulikflüssigkeit 9 in Abhängigkeit von der Bewegung des Schaltkolbens 2 verschiebbar ist. Der Dämpfungszylin­ der 8 ist dabei konstruktiv derart ausgestaltet, daß zwi­ schen dem Dämpfungskolben 6 und dem ihn umgebenden Gehäuse des Dämpfungszylinders 8 ein Ringspalt 10 mit variierendem Durchmesser vorhanden ist. Dieser Ringspalt 10 erfüllt die Funktion einer Spaltdrossel, da die Hydraulikflüssigkeit 9 bei einer Bewegung des Dämpfungskolbens 6 zwischen den Schaltpositionen I und II nur durch den Ringspalt 10 von einer Seite des Dämpfungskolbens 6 auf seine andere Seite gelangen kann.

Bei der sich in dem Dämpfungszylinder 8 befindenden Hydraulikflüssigkeit 9 handelt es sich um ein abgeschlosse­ nes hydraulisches System, wobei die Hydraulikflüssigkeit 9 im Neuzustand in den Dämpfungszylinder 8 eingefüllt und dann hermetisch abgeschlossen wird, so daß die Hydraulik­ flüssigkeit 9, welche beispielsweise ein Silikonöl darstel­ len kann, auf Lebensdauer im Dämpfungszylinder 8 eingefüllt bleibt.

Diese konstruktive Ausgestaltung des Dämpfungszylin­ ders 8 als separates, abgeschlossenes System zusammen mit dem Ringspalt 10 erfüllt auf einfachste Weise den gleichen Zweck wie ein aufwendiges hydraulisches Dämpfungssystem nach dem Stand der Technik, bei dem die durch die Verschie­ bung des Dämpfungskolbens entstehende Volumenänderung durch ein externes Hyraulikreservoir und mehrere Ventile zur Steuerung des Hydraulikflusses ausgeglichen wird.

Der Ringspalt 10 im Dämpfungszylinder 8 ist geome­ trisch so bestimmt, daß er die geringste Breite und somit den höchsten Verdrängungswiderstand für die Hydraulikflüs­ sigkeit 9 aufweist, wenn sich der Schaltkolben 2 zwischen einem Entsperrpunkt nach einem Synchronisationsvorgang im Getriebe und der Endlage an der Stirnseite 4 oder der An­ schlagseite 5 befindet.

Während des Synchronisiervorganges des Getriebes ver­ harrt der Schaltkolben 2 im Schaltzylinder 1 kurz vor sei­ nem Anschlag an der Stirnseite 4 bzw. der Anschlagseite 5 in einer Sperrstellung, wobei die Druckbeaufschlagung des Schaltkolbens 2 erheblich zunimmt.

Mit Ende des Synchronisiervorganges wird der Schalt­ kolben 2 entsperrt, womit dieser in seine Endposition an der Stirnseite 4 bzw. der Anschlagseite 5 des Schaltzylin­ ders 1 fährt. Dadurch, daß bei diesem Verschiebeweg durch die geringe Breite des Ringspaltes 10 im Dämpfungszylin­ der 8 ein großer Verdrängungswiderstand vom Dämpfungskol­ ben 2 überwunden werden muß, wird die hohe Druckkraft, welche den Schaltkolben 2 in seine Endlage verschiebt, weitgehend ausgeglichen, so daß der Anschlag des Schaltkol­ bens 2 stark gedämpft wird.

In dem Ausführungsbeispiel der Schalteinrichtung nach Fig. 1 ist der Dämpfungszylinder 8 als externes Bauelement am Schaltzylinder 1 derart angeordnet, daß die Bewegungs­ achse des Schaltkolbens 2 und des Dämpfungskolbens 6 zusam­ menfallen. Die Verbindung zwischen dem Dämpfungskolben 6 mit der Dämpfungskolbenstange 7 zum Schaltkolben 2 kann da­ bei mit einer gabelartigen Mitnahmeeinrichtung 12 auf ein­ fache Art und Weise realisiert sein.

Die Mitnahmeeinrichtung 12 kann dabei fest mit der Dämpfungskolbenstange 7 verbunden sein und an einer Befe­ stigungsmutter 13, welche den Schaltkolben 2 auf der Schaltkolbenstange 3 befestigt, angeschweißt sein.

Während des Verschiebeweges von Schaltkolben 2 und Dämpfungskolben 6 von der Schaltposition I in die Schaltpo­ sition II (gestrichelt dargestellt) oder umgekehrt wird der Schaltkolben 2 auf der Seite, welche entgegen der Bewe­ gungsrichtung liegt, durch Druckluft aus einer Be- bzw. Entlüftungsöffnung 11 mit Druck beaufschlagt, während die Arbeitskammer auf der in Bewegungsrichtung des Schaltkol­ bens 2 liegenden Seite durch eine Be- bzw. Entlüftungsöff­ nung 11 entlüftet wird.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist der Ar­ beitsraum des Dämpfungszylinders 8, welcher mit Hydraulik­ flüssigkeit 9 befüllt ist, durch eine dynamische Dichtungs­ einrichtung 14 vom Arbeitsraum des pneumatisch betriebenen Schaltkolbens 2 getrennt.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Schalteinrichtung nach Fig. 2 ist der Dämpfungszylinder 8 in einer Aussparung im vorderen Teil der Kolbenstange 3 des Schaltkolbens 2 inte­ griert.

Die Kolbenstange 7 des Dämpfungskolbens 6 ist ortsfest an einem Zylinderdeckel 15 des Schaltzylinders 1 befestigt, wie in Fig. 2 dargestellt ist. Die Kolbenstange 7 des nun­ mehr in das Innere des Schaltzylinders 1 ausgerichteten Dämpfungskolbens 6 ist dabei durch eine Durchgangsboh­ rung 16 im Zylinderdeckel 15 nach außen geführt und dort mit einer als Gewinde (nicht dargestellt) und Mutter 17 ausgebildeten Schraubenverbindung befestigt.

Am Durchtritt der Dämpfungskolbenstange 7 durch den Zylinderdeckel 15 an der Durchgangsbohrung 16 ist eine sta­ tische Dichtung 18 angebracht, um die Dichtheit des pneuma­ tischen Schaltraumes zu gewährleisten.

Wird nun der Schaltkolben 2 im Schaltzylinder 1 von einer Endposition II (gestrichelt dargestellt) in die ande­ re Endposition I oder umgekehrt pneumatisch bewegt, so ver­ schiebt sich auch der Dämpfungskolben 6 im mit Hydraulik­ flüssigkeit 9 befüllten Dämpfungszylinder 8 um die gleiche Wegdistanz relativ zur Schaltkolbenstange 3.

Die Dämpfung des Endanschlages des Schaltkolbens 2 an der Stirnseite 4 bzw. der Anschlagseite 5 im Schaltzylin­ der 1 erfolgt wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 über die unterschiedliche Breite des Ringspaltes 10, wobei diese Breite ebenfalls wieder so ausgelegt ist, daß sie am geringsten ist, wenn der Schaltkolben 2 nach seiner Ent­ sperrung nach einem Synchronisierungsvorgang das letzte Wegstück zu seiner Endanlage bzw. seinem -anschlag zurück­ legt.

Aus Gründen der einfacheren Konstruktion ist zur Aus­ bildung des geringeren Durchmessers des Ringspaltes 10 im Dämpfungszylinder 8 nach Fig. 2 an seinem dem Schaltkol­ ben 2 zugewandten Ende eine Buchse 19 eingepaßt, damit nicht durch komplizierte Werkzeuge im Inneren der Schalt­ kolbenstange 3 unterschiedliche Durchmesser hergestellt werden müssen.

Zur Abdichtung des mit Hydraulikflüssigkeit befüllten Raumes 9 im Dämpfungszylinder 8 gegenüber dem pneumatischen Arbeitsraum des Schaltkolbens 2 ist zwischen der Buchse 19 und der Dämpfungskolbenstange 7 eine Dichtungseinrich­ tung 20 eingefügt.

Das Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schal­ tungseinrichtung nach Fig. 2 weist einen wesentlichen Vor­ teil dahingehend auf, daß bei der Gewährleistung der glei­ chen Funktion wie bei dem Ausgestaltungsbeispiel nach Fig. 1 eine wesentlich geringere Baulänge erforderlich ist.

Bezugszeichenliste

1 Schaltzylinder
2 Schaltkolben
3 Schaltkolbenstange
4 Stirnseite
5 Anschlagseite
6 Dämpfungskolben
7 Dämpfungskolbenstange
8 Dämpfungszylinder
9 Hydraulikflüssigkeit
10 Ringspalt
11 Be- und Entlüftungsöffnung
12 Mitnahmeeinrichtung
13 Befestigungsmutter
14 Dichtungseinrichtung
15 Zylinderdeckel
16 Durchgangsbohrung
17 Schraubenverbindung
18 Dichtung
19 Buchse
20 Dichtung
I Schaltposition I
II Schaltposition II

Claims (8)

1. Pneumatische Schalteinrichtung für eine Bereichs­ gruppenschaltung mit einem in einem Schaltzylinder angeord­ neten, verschiebbaren Schaltkolben mit einer Kolbenstange und einer Endlagendämpfung, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Dämpfung des Endanschlages des Schaltkolbens (2) an einer Stirnseite (4) bzw. Anschlagsei­ te (5) im Schaltzylinder (1) die Endlagendämpfung derart ausgestaltet ist, daß diese ein separates, abgeschlossenes System bildet mit einem zylindrischen Dämpfungskolben (6), der innerhalb einer Hydraulikflüssigkeit (9) verschiebbar ist, wobei ein Ringspalt (10) mit variierendem Durchmesser zwischen dem Dämpfungskolben (6) und dem diesen umgebenden Dämpfungszylinder (8) vorhanden ist, und der Durchmesser des Ringspaltes (10) derart unterschiedlich ist, daß zwi­ schen Dämpfungskolben (6) und Dämpfungszylinder (8) die ge­ ringste Spaltbreite vorliegt, wenn sich der Schaltkol­ ben (2) zwischen einem Entsperrpunkt und der Endlage an der Anschlagfläche (5) bzw. Stirnfläche (4) im Schaltzylin­ der (1) befindet.

2. Pneumatische Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben­ stange (7) des Dämpfungskolbens (6) mit dem Schaltkol­ ben (2) verbunden ist.

3. Pneumatische Schalteinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbin­ dung zwischen der Kolbenstange (7) des Dämpfungskolbens (6) und dem Schaltkolben (2) als gabelartige Mitnahmeeinrich­ tung (12) ausgebildet ist.

4. Pneumatische Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dämp­ fungszylinder (8) als Aussparung im vorderen Teil der Kol­ benstange (3) des Schaltkolbens (2) ausgebildet ist.

5. Pneumatische Schalteinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben­ stange (7) des Dämpfungskolbens (6) am Gehäuse des Schalt­ zylinders (1) derart ortsfest befestigt ist, daß der Dämp­ fungskolben (6) in dem in der Schaltkolbenstange (3) inte­ grierten Dämpfungszylinder (8) axial verschiebbar ist.

6. Pneumatische Schalteinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Befesti­ gung der Kolbenstange (7) des Dämpfungskolbens (6) im Ge­ häuse des Schaltzylinders (1) die Kolbenstange (7) durch eine Durchgangsbohrung (16) im Schaltzylindergehäuse nach außen tritt und dort mit einer Schraubenverbindung (17) be­ festigt ist.

7. Pneumatische Schalteinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse des Schaltzylinders (1) an der Durchgangsbohrung (16) mit einer statischen Dichtung (18) nach außen abgedichtet ist.

8. Pneumatische Schalteinrichtung nach einem der An­ sprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet daß der in der Kolbenstange (3) integrierte Dämpfungszylin­ der (8) durch eine Buchse (19) zum vorderen Ende der Kol­ benstange (3) hin geschlossen ist.