DE19806031A1 - Schalteinrichtung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schalteinrich­ tung für die Schaltungsbetätigung von Mehrstufenschaltge­ trieben für Kraftfahrzeuge nach dem Oberbegriff des An­ spruchs 1.

Schalteinrichtungen für Mehrstufenschaltgetriebe sind vielfältig bekannt. Bei den herkömmlichen mehrstufigen Kraftfahrzeuggetrieben sind üblicherweise einem Schaltpaket jeweils zwei aufeinanderfolgende Gänge zugeordnet. Durch ein erstes Schaltpaket, bestehend aus Schaltmuffe, mit oder ohne Synchronisierung, Schaltschwinge oder Schaltklaue usw., werden beispielsweise der erste und der zweite Gang ein- bzw. ausgerückt, während ein zweites Schaltpaket bei­ spielsweise den dritten und vierten Gang und eventuell ein drittes Schaltpaket weitere zwei Gänge schaltet.

Wird bei einem solchen bekannten Getriebe der nächst­ höhere oder -niedrigere Gang geschaltet, findet während des Schaltvorgangs zumindest bei den niedrigen Gängen eine Zug­ kraftunterbrechung statt, da über die Synchronisierein­ richtung des nächsten Ganges, beispielsweise beim Hoch­ schalten, eine Geschwindigkeitsangleichung der Vorgelege­ welle vorgenommen werden muß. Bei Gangwechsel vom ersten in den zweiten Gang muß die Synchronisiereinrichtung des zweiten Ganges eine Abbremsung des entsprechenden Gangrades und damit der gesamten Vorgelegewelle vornehmen, um das Einrücken zu ermöglichen.

Aus der DE-A 41 37 243 ist ein mehrstufiges synchroni­ siertes Vorgelegegetriebe bekannt, wobei die einem Schalt­ paket benachbart angeordneten zwei Gänge nicht aufeinander folgende Gänge sind; jedem Schaltpaket ist eine Betäti­ gungseinrichtung zugeordnet, die unabhängig von den übrigen Betätigungseinrichtungen betrieben und gesteuert wird. Hierdurch können die Schaltnebenzeiten verringert werden.

Prinzipiell besteht ein Getriebe mit derartigen Schalteinrichtungen aus einem Gehäuse, in dem eine An­ triebswelle koaxial mit einer Abtriebswelle angeordnet sind, zu denen achsparallel versetzt eine Vorgelegewelle vorgesehen ist. Die von der Antriebswelle übernommene Dreh­ bewegung wird über Fixräder auf die Vorgelegewelle übertra­ gen, auf der entsprechend der vorgesehenen Gangzahl weitere Zahnräder entsprechend den weiteren Gängen vorgesehen sind. Auf der Abtriebswelle sind üblicherweise drehfest jedoch axial verschieblich Schaltmuffen vorgesehen, die mit den Betätigungseinrichtungen trieblich verbunden sind. Auf der Abtriebswelle sind des weiteren Losräder für die einzelnen Gänge angeordnet, die jeweils mit den Zahnrädern der Vorge­ legewelle trieblich verbunden sind. Einem jedem Gangpaar ist ein Schaltpaket zugeordnet, das jeweils aus der ent­ sprechenden Schaltmuffe, einem an dem entsprechenden Losrad und an der Antriebswelle vorgesehenen Teil und der jeweili­ gen Synchronisierungseinrichtung besteht.

Beim eigentlichen Schaltvorgang wird über die Betäti­ gungseinrichtung die Schaltmuffe aus ihrem Eingriff mit dem Losrad des einen Ganges ausgerückt und in ihre Neutralstel­ lung gebracht. Kurz darauf wird über die zweite Betäti­ gungseinrichtung die Schaltmuffe aus ihrer Neutralstellung auf das Losrad des nächsthöheren oder nächstniedrigeren Ganges zubewegt. Dabei beginnt die Synchroneinrichtung des Schaltpakets zu greifen und nimmt eine Geschwindigkeits­ angleichung des Rades mit der Schaltmuffe bzw. der Ab­ triebswelle vor, bis die entsprechenden Kupplungsverzahnun­ gen in Eingriff gebracht werden können.

Die DE-A 41 21 757 beschreibt ein Bereichsgetriebe für Kraftfahrzeuge, das als Planetengetriebe ausgebildet ist und wobei zur Schaltung einer ins Langsame übersetzten Be­ reichsgruppe über eine Schiebemuffe ein Hohlrad mit einem Getriebegehäuse verbunden wird. Am Getriebegehäuse ist ein Kupplungskörper befestigt, der eine Verzahnung aufweist, über die er drehfest im Getriebegehäuse geführt ist. An einem mit der Abtriebswelle des Bereichsgetriebes drehfest verbundenen Steg ist ein zweiter Kupplungskörper befestigt, der eine Innenverzahnung und eine Außenverzahnung auf­ weist. Beide Kupplungskörper sind mit in axiale Richtung weisenden koaxial zur Abtriebswelle verlaufenden Ansätzen versehen, an denen Kegelflächen vorgesehen sind, wobei auf den Kegelflächen ein einstückig ausgebildeter Synchronring vorgesehen ist, auf dem eine Schiebemuffe fliegend gelagert ist, die eine innere Verzahnung aufweist und über eine Au­ ßenverzahnung drehfest in eine Verzahnung eines Getriebe­ zahnrades eingreift. Die Schiebemuffe, die über eine Schaltgabel aus ihrer Neutralstellung in Schaltstellungen verschoben werden kann, weist radiale Druckbolzen auf, die in Richtung des Synchronringes federbelastet sind. Diese Druckbolzen wirken mit rampenartig geformten Druckstücken zusammen, die in einer am äußeren Umfang des Synchronrin­ ges vorgesehenen Ausnehmung vorgesehen sind.

Bei den herkömmlichen Schaltgetrieben ist jedem Schaltpaket für jeden zu schaltenden Gang ein hauptsächlich durch Synchronisierung und Kupplungskörper vorgegebener Schaltweg zugeordnet, wobei bei den bekannten Schaltgetrie­ ben das Schaltpaket symmetrisch ausgeführt ist, d. h. daß die Schiebemuffe zwischen zwei Schaltvorgängen eine defi­ nierte Mittelstellung einnimmt. Dies bedingt einen gleich­ großen Teilschaltweg in beiden Schaltrichtungen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schalteinrichtung für ein derartiges Schaltgetriebe dahin­ gehend auszugestalten, daß der Schaltweg und damit die Schaltzeit verkürzt und die axiale Baulänge des Getriebes verkürzt wird.

Ausgehend von einer Schalteinrichtung der eingangs näher genannten Art erfolgt die Lösung dieser Aufgabe mit den im kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen; vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Un­ teransprüchen beschrieben.

Es wurde gefunden, daß für bestimmte Schaltgetriebe, insbesondere Split-Getriebe und Gruppengetriebe, die bisher übliche definierte Mittelstellung der Schiebemuffe zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schaltvorgängen nicht notwendig ist. Durch die asymmetrische Anordnung der Aktivierungsele­ mente, d. h. des Druckstücks oder der Nut, wird der Vorteil erzielt, daß die Schiebemuffe bei ihrer Betätigung den nächsten Gang bereits ansynchronisieren kann, wenn sie die Kupplungsverzahnung, mit der sie bis zu ihrer Betätigung im Eingriff war, gerade verlassen hat. Diese außermittige Anordnung des entsprechenden Aktivierungselementes, d. h. des Druckstücks oder der Nut bzw. Rampen außermittig zur Schiebemuffenmitte, führt dazu, daß der Synchronring frü­ her aktiviert werden kann. Der grundsätzliche Schaltungsab­ lauf, d. h. Auskuppeln, Ansynchronisieren, Entsperren, Ein­ kuppeln, bleibt dabei unverändert erhalten.

Eine Schaltwegverkürzung von etwa 20% durch die au­ ßermittige Anordnung des entsprechenden Aktivierungsele­ mentes läßt sich problemlos erzielen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, in der nur die für das Verständnis der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Schalteinrichtung not­ wendigen Bauteile dargestellt sind; es zeigen

Fig. 1A bis 1C drei verschiedene Stellungen der Schaltein­ richtung beim Übergang langsamem zu schnellem Schaltzustand,

Fig. 2A bis 2C drei verschiedene Stellungen der Schaltein­ richtung beim Übergang schnellem zu lang­ samem Schaltzustand und

Fig. 3A bis 3C verschiedene Stellungen der Schalteinrich­ tung mit Ringfeder bei einer Schaltung von langsamem zu schnellem Schaltzustand.

In den Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugs­ zeichen versehen. Die Fig. 1A zeigt eine Schalteinrich­ tung 2 für ein hier nur teilweise dargestelltes Planetenge­ triebe 4. Dabei greift eine Schaltgabel 6 in eine Schiebe­ muffe 8 ein. Die Schiebemuffe ist über einen Sperring 10 axial fest mit dem Hohlrad 12 des Planetengetriebes 4 ver­ bunden, wodurch bei einer axialen Bewegung der Schiebemuffe entlang einer gedachten Getriebelängsachse 14 auch das Hohlrad 12 axial bewegt wird. Planetenräder 16 sind auf einem Planetenträger 18 drehbeweglich angeordnet. Der Pla­ netenträger 18 ist mit einer hier nicht dargestellten Aus­ gangswelle des Getriebes verbunden und im Getriebegehäu­ se 20 durch ein Lager 22 drehbar gelagert. Drehfest auf dem Planetenträger 18 sind ein Synchronkörper 24 und ein Kupp­ lungskörper 26 angeordnet. Auf seinem Umfang verteilt weist der Synchronkörper 24 eine Anzahl von Druckstücken 28 auf, die beispielsweise in Form von radial nach außen federbela­ steten Kolben vorgesehen sein können.

Am Getriebegehäuse 20 ist eine Platte 30 befestigt, an der ein weiterer Kupplungskörper 32 angeordnet ist, beispiels­ weise durch eine Verschweißung. Beide Kupplungskörper 26 und 32 weisen konische Reibflächen 34 bzw. 36 auf, auf de­ nen jeweils ein Synchronring 38 bzw. 40 angeordnet ist. Die Synchronringe 38 und 40 weisen ebenfalls je eine konische Reibfläche auf, die mit den Reibflächen 34, 36 korrespon­ dieren. Die Kupplungskörper 26 und 32 weisen radial außen je eine Kupplungsverzahnung 42 und 44 auf, in die die In­ nenverzahnung 46 der Schiebemuffe 8 eingreifen kann. Die Innenverzahnung 46 der Schiebemuffe 8 ist asymmetrisch auf­ gebaut, darauf wird später näher eingegangen.

In der Fig. 1A ist der Schaltzustand gezeigt, bei dem das Hohlrad 12 des Planetengetriebes 4 mit dem Getriebegehäuse 20 über die Schiebemuffe 8 drehfest verbunden ist, um eine Untersetzung der Abtriebswellendrehzahl des Getriebes zu erreichen. Im Gegensatz zu diesem langsamen Schaltzustand steht der schnelle Schaltzustand, bei dem der Planetenträ­ ger 26 drehfest mit dem Hohlrad 12 zur Bildung eines Di­ rektantriebes zwischen Eingang und Ausgang des Planetenge­ triebes 4 verbunden ist.

Soll nun von dem langsamen Schaltzustand in den schnellen Schaltzustand umgeschaltet werden, so wird die Schiebemuf­ fe 8 aus dem Zustand ganz links von der Schaltgabel 6 axial in der Zeichenebene nach rechts verschoben. Dabei kommt die Innenverzahnung 46 der Schiebemuffe 8 mit dem Druckstück 28 zur Anlage, wie in Fig. 1B gezeigt. Dabei liegt die Kan­ te 50 der Innenverzahnung 46 von der gedachten Mittelach­ se 52 der Schaltgabel 6 axial nach rechts verschoben, so daß die Schiebemuffe 8 bis zur Anlage an das Druckstück 28 nur einen bestimmten kürzeren axialen Weg zurücklegen muß, als den anschließenden axialen Weg nach der Anlage bis zum Erreichen der axialen Endlage im schnellen Schaltzustand nach Fig. 1C. Durch die Anlage von Kante 50 an das Druck­ stück 28 wird dieses nach rechts gedrückt und drückt den Reibkonus des Synchronringes 40 auf den Reibkonus des Kupp­ lungskörpers 26 zur Drehzahlangleichung. Die Fig. 1C zeigt die Synchronisiereinrichtung 2 bei eingeschaltetem schnel­ lem Schaltzustand. Die Schiebemuffe 8 ist axial nach rechts bis an den Planetenträger 18 heran verschoben worden. Die Innenverzahnung 46 der Schiebemuffe 8 ist in die Kupplungs­ verzahnung 44 des Kupplungskörpers 26 eingerastet und schafft eine drehfeste Verbindung zwischen Hohlrad 12 und Planetenträger 18.

Die Fig. 2 zeigt die Schaltung in der umgekehrten Richtung vom schnellem zum langsamen Schaltzustand. Dabei ist in Fig. 2A ein Druckstück 54 zu sehen, daß auf dem Um­ fang des Synchronkörpers 24 verschoben gegenüber dem Druck­ stück 28 angeordnet ist. Im Bereich dieses Druckstückes 54 ist die Schiebemuffe 8 mit ihrer Innenverzahnung 46 anders ausgebildet, als im Bereich des Druckstücks 28. Die Kan­ te 56 liegt ebenfalls von der gedachten Mittelachse 52 der Schaltgabel 6 nach rechts verschoben und liegt so in der Innenverzahnung angeordnet, daß die Schiebemuffe 8 bis zur Anlage von Kante 56 an das Druckstück 54 einen kürzeren axialen Weg zurücklegen muß, als den Weg von der Anlage von Kante 50 an das Druckstück 28 bis zum Erreichen der axialen Endlage im langsamen Schaltzustand, siehe Fig. 2B. Die Fig. 2C zeigt den langsamen Schaltzustand mit der drehfe­ sten Verbindung von Gehäuse 20 und Hohlrad 12.

Die Fig. 3A zeigt eine weitere vorteilhafte Ausfüh­ rungsform. Hierbei wird auf einen Synchronkörper verzichtet und statt dessen eine Ringfeder 60 vorgesehen, durch deren axiale Verschiebung der jeweilige Synchronring 62 oder 64 auf den zugehörigen Kupplungskörper 66 bzw. 68 geschoben wird. Die Synchronringe 62, 64 weisen axial vorstehende Nasen 70 auf, durch die die Ringfeder 60 radial in ihrer Position gehalten wird. Die Innenverzahnung 72 der Schiebe­ muffe ist mit den äußeren Verzahnungen 75 und 76 an den Synchronringen 62 und 64 und den Kupplungsverzahnungen 78 und 80 an den Kupplungskörpern 66 und 68 in Eingriff bring­ bar. Die Innenverzahnung 72 weist eine Nase 74 mit zwei Schrägen 82 und 84 auf, deren Spitze asymmetrisch bezüglich der Mitte der Schaltgabel liegt. Dadurch ist der axiale Weg, den die Schiebemuffe aus der in Fig. 3A ersichtlichen Position nach rechts ausführen muß, bis die Nase 74 die Ringfeder 60 erreicht, kleiner als der axiale Weg, den die Schiebemuffe 8 zurücklegen muß, nachdem die Nase 74 die Ringfeder 60 überwunden hat bis zum Erreichen der axialen Endlage im schnellen Schaltzustand nach Fig. 3C. Bei grund­ sätzlichem gleichen Schaltungsablauf wie bisher, nämlich Auskuppeln, Ansynchronisieren, Entsperren, Einkuppeln be­ wirkt die außermittige Anordnung eines dieser Aktivie­ rungselemente, d. h. entweder der Druckstücke 28, 54 oder der Nase 74, daß die Schiebemuffe 8 den nächsten Gang be­ reits ansynchronisieren kann, wenn sie die Kupplungsverzah­ nung gerade verlassen hat, mit der sie sich im Eingriff befand.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird zum einen ein verkürzter Gesamtschaltweg und zum anderen eine schnel­ lere Schaltung ermöglicht.

Neben dem Vorteil des kürzeren Schaltweges ermöglicht es die erfindungsgemäß Schalteinrichtung auch, mit einem kleineren GP-Zylinderhub auszukommen, wodurch ein kleineres Befüllvolumen und eine geringere gespeicherte Energie bis zum Entsperren notwendig sind. Dadurch werden auch die auf­ tretenden Stöße beim Einspuren kleiner.

Die Schiebemuffe trifft ferner mit geringerer Ge­ schwindigkeit auf den zu synchronisierenden Ring auf als es bei den herkömmlichen Schalteinrichtungen der Fall ist, d. h. daß das Ansynchronisieren und Sperren besser funk­ tioniert.

Neben den beschriebenen Synchronisiereinrichtungen der Schalteinrichtung ist der grundsätzliche erfinderische Ge­ danke auch bei Synchronisiereinrichtungen nach dem Bolzen-Typ anwendbar. Dabei sind die Aktivierungselemente als Bol­ zen ausgeführt, deren Sperrflächen dann eine Ansteuerung durch die Schiebemuffe oder die Verschiebeplatte nur in deren außermittigem Zustand zu den Synchronringen zulassen.

Bezugszeichenliste

2

Schalteinrichtung

4

Planetengetriebe

6

Schaltgabel

8

Schiebemuffe

10

Sperring

12

Hohlrad

14

Getriebelängsachse

16

Planetenräder

18

Planetenträger

20

Getriebegehäuse

22

Lager

24

Synchronkörper

26

Kupplungskörper

28

Druckstücken

30

Platte

32

Kupplungskörper

34

,

36

Reibflächen

38

,

40

Synchronring

42

,

44

Kupplungsverzahnung

46

Innenverzahnung

50

Kante

52

Mittelachse

54

Druckstück

56

Kante

60

Ringfeder

62

,

64

Synchronringe

66

,

68

Kupplungskörper

70

,

74

Nasen

72

Innenverzahnung

75

,

76

Verzahnungen

78

,

80

Kupplungsverzahnungen

82

,

84

Schrägen

Claims (4)

1. Schalteinrichtung (2) für die Schaltungsbetätigung von Mehrstufenschaltgetrieben für Kraftfahrzeuge, die Schaltpakete für jeden zu schaltenden Gang aufweisen, wobei alle Schaltpakete mit Schiebemuffen (8) versehen sind, die mit Aktivierungselementen (28, 54) zusammenwirken, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Aktivie­ rungselemente (50, 56, 74) außermittig zur Schiebemuffen­ mitte angeordnet ist, während das andere Aktivierungsele­ ment (56, 50, 74) mittig zur Schiebemuffenmitte angeordnet ist.

2. Schalteinrichtung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das außermittig ange­ ordnete Aktivierungselement eine Kante (50, 56) ist, die auf Druckstücke (28, 54) einwirkt.

3. Schalteinrichtung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das außermittig ange­ ordnete Aktivierungselement eine Nase (74) ist, die auf eine Ringfeder (60) einwirkt.

4. Schalteinrichtung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktivierungselemen­ te als Bolzen einer Synchronisierung vom Bolzen-Typ ausge­ bildet sind.