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Die
Erfindung betrifft eine Schalteinrichtung eines mehrstufigen Schaltgetriebes
nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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In
mehrstufigen Handschaltgetrieben für Fahrzeuge, die unter Zugkraftunterbrechung
geschaltet werden, d. h., dass eine Eingangswelle des Getriebes
während
des Schaltvorgangs durch eine Anfahrkupplung von einer Antriebsmaschine
getrennt wird, kann man den jeweiligen Gang mit einer formschlüssigen Schaltkupplung
einlegen, indem eine Schaltverzahnung einer Schiebemuffe in eine Kuppelverzahnung
eines Kupplungskörpers
geschoben wird, der an einem zu kuppelnden Getriebeelement befestigt
ist, z. B. an einem Zahnrad oder Getriebegehäuse. Dabei wird das Drehmoment
im geschalteten Zustand von einem Getriebeelement über den
Kupplungskörper,
die Kuppelverzahnung, die Schaltverzahnung, die Schiebemuffe und
die Muffenführung
auf ein anderes Getriebeelement, z. B. ein Zahnrad oder eine Welle, übertragen
oder am Getriebegehäuse
abgestützt.
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Der
geschaltete Gang bestimmt das Übersetzungsverhältnis und
damit das Drehzahlverhältnis zwischen
der Eingangswelle und einer Ausgangswelle des Getriebes. Die nicht
gekuppelten Getriebeelemente, z. B. frei umlaufende, ständig im
Eingriff befindliche Zahnräder
der übrigen
Gänge,
laufen mit einer ihrer Übersetzung
entsprechenden Differenzdrehzahl zu den geschalteten Getriebeelementen. Wird
von einem Gang zu einem anderen gewechselt, müssen die zu kuppelnden Teile
während
des Schaltens auf eine annähernd
gleiche Drehzahl gebracht werden, bevor die Schaltverzahnung der
Schiebemuffe in die Kuppelverzahnung des zu schaltenden Kupplungskörpers eingreifen
kann. Hierzu dienen Synchronisiereinrichtungen.
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Die
Gänge werden
von Zahnradsätzen
gebildet, die hintereinander angeordnet sind und zwischen denen
sich die Schaltkupplungen befinden. Diese werden durch eine Schalteinrichtung
wechselweise entsprechend dem vorgewählten Gang betätigt. Dabei
ist darauf zu achten, dass nicht zwei Schaltkupplungen gleichzeitig
betätigt
werden, da hierdurch das Getriebe beschädigt werden kann, zumindest
aber störende
Geräusche
auftreten und die Zugkraft ungewollt lange unterbrochen ist. Dies
kann in Notfallsituationen gefährliche
Folgen nach sich ziehen.
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Aus
der
DE 40 17 957 A1 ist
eine gattungsgemäße Schalteinrichtung
eines Kraftfahrzeuggetriebes bekannt. Die Schiebemuffen der Schaltkupplungen
haben Umfangsnuten, in die diametral zueinander angeordnete Gleitsteine
eingreifen. Diese sind ihrerseits drehbar an einer Schaltschwinge
gelagert, die als zweiarmiger Hebel ausgebildet und im Getriebegehäuse in Schwenklagern
quer zu einer Drehachse der Schaltkupplung gelagert ist. Jeder Schaltkupplung
ist eine Schaltschwinge zugeordnet. Eine Wähl- und Schaltwelle, die quer
zu den Schwenkachsen der Schaltschwingen und parallel zu der Drehachse
der Schaltkupplungen schwenkbar und axial verschiebbar angeordnet
ist, weist Schaltfinger auf, von denen bei einer entsprechenden
Verdrehung der Wähl- und Schaltwelle
einer in ein Formschlußelement
der Schaltschwingen eingreift und bei einer anschließenden Axialbewegung
der Wähl-
und Schaltwelle die angewählte
Schaltschwinge verschwenkt und damit die zugehörige Schaltkupplung schaltet.
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Um
sicherzustellen, dass stets nur eine Schaltkupplung betätigt wird
und die übrigen
Schaltkupplungen bei der Schaltung in ihrer Neutralstellung verriegelt
sind, sind an den Schaltschwingen Verriegelungsschwingen angeordnet.
Diese weisen jeweils eine Verriegelungsnut auf, in welche über Sperrnocken
Kipphebel eingreifen. Wird beispielsweise die Schaltschwinge eines
Gangs betätigt,
werden die Sperrnocken aus den einander gegenüberliegenden Ver riegelungsnuten
herausbewegt und die beiden Kipphebel schwenken um ihre Schwenkachsen
und verriegeln mit ihren jeweils gegenüberliegenden Sperrnocken die übrigen Schaltschwingen.
Die bekannte Sperrvorrichtung erfordert zahlreiche Teile, die nicht
ohne weiteres für
verschiedene Gänge
austauschbar sind. Außerdem
wird der Verriegelungsmechanismus für eine hohe Ganganzahl sehr
komplex. Ferner werden die übrigen
Gänge erst
verriegelt, wenn bereits die Schaltung des ausgewählten Gangs
begonnen hat. Dadurch besteht die Gefahr, dass während des Übergangs zur Verriegelung unbeabsichtigt
zwei Gänge
betätigt
werden.
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Schließlich ist
aus der
DE 41 27 098
A1 eine gattungsbildende Schalteinrichtung eines mehrstufigen
Schaltgetriebes bekannt, mit der mehrere axial hintereinander angeordnete
Schaltkupplungen mit jeweils einer Schiebemuffe wechselweise über jeweils eine
Schaltgabel schaltbar sind. Dabei sind erste Formschlusselemente
so auf einer schwenkbaren und axial verschiebbaren Wähl- und
Schaltwelle angeordnet, dass bei vorgegebenen Schwenkwinkeln der
Wähl- und
Schaltwelle jeweils nur ein erstes Formschlusselement mit einem
zweiten Formschlusselement zusammenwirkt, das an einer Schaltgabel angeordnet
ist. Durch ein axiales Verschieben der Wähl- und Schaltwelle wird die
zugehörige
Schaltgabel betätigt,
wobei die übrigen
Schaltgabeln während der
Betätigung
mittels einer Sperrvorrichtung in ihrer neutralen Position gesperrt
sind. Eine Sperrwelle ist parallel zur Wähl- und Schaltwelle im Getriebegehäuse schwenkbar
und axial fixiert gelagert und ist mit der Wähl- und Schaltwelle triebmäßig verbunden. Auf
der Sperrwelle sind dritte, axial wirkende Formschlusselemente angeordnet,
die mit vierten Formschlusselementen an den Schaltschwingen zusammenwirken
und diese solange in der neutralen Position halten, bis ein erstes
Formschlusselement in ein zweites Formschlusselement der zugehörigen Schaltschwinge
eingreift. Die triebliche Verbindung der Wähl- und Schaltwelle mit der
Sperrwelle geschieht über
eine Mitnehmerbuchse, die Laschen aufweist, in denen ein Mitnehmerstift
befestigt ist. Der Mitnehmerstift greift in eine Kulissenführung einer
mit der Sperrwelle verstifteten Winkellasche ein. Der gesamte triebliche
Verbund zwischen Wähl-
und Schaltwelle einerseits und Sperrwelle andererseits bietet keine
ausreichend präzise
Steuerung der Verdrehung der Sperrwelle in Antwort auf die Verdrehung der
Wähl- und
Schaltwelle an. Ebenso ist damit eine präzise Einstellung einer Übersetzung
der Drehbewegung zwischen den beiden Wellen nur erschwert möglich.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schalteinrichtung der
gattungsbildenden Art weiter zu verbessern. Sie wird gemäß der Erfindung durch
die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Eine
Sperrwelle ist parallel zur Wähl-
und Schaltwelle im Getriebegehäuse
schwenkbar und axial fixiert gelagert. Sie ist mit der Wähl- und
Schaltwelle triebmäßig verbunden,
so dass sie sich während
der Schwenkbewegung der Wähl-
und Schaltwelle entsprechend mitdreht. Durch die Schwenkbewegung
der Wähl-
und Schaltwelle wird eine Schaltschwinge einer Schaltkupplung angewählt, indem
ein erstes, auf der Wähl-
und Schaltwelle angeordnetes Formschlußelement, z. B. ein Schaltfinger,
in ein zweites Formschlußelement
an der gewählten Schaltschwinge
eingreift und somit eine axial wirksame Formschlußverbindung
herstellt. Auf der Sperrwelle sind dritte, axial wirkende Formschlußelemente angeordnet,
die in vierte Formschlußelemente
an den Schaltschwingen eingreifen und diese in der neutralen Position
halten. Die axiale Verriegelung ist für jede Schaltschwinge solange
wirksam, bis sie durch den Formschluß zwischen ihrem ersten und zweiten
Formschlußelement
an gewählt
wurde. In dieser Position wird die Verriegelung der angewählten Schaltschwinge
gelöst,
indem das vierte Formschlußelement
an der Schaltschwinge von dem dritten Formschlußelement auf der Sperrwelle
freigegeben wird.
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Die
dritten und vierten Formschlußelemente werden
zum Halten der nicht zu schaltenden Schaltschwingen in der neutralen
Position beim Wählen
der zu schaltenden Schaltschwinge betätigt.
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Zweckmäßigerweise
werden die ersten Formschlußelemente
durch Schaltfinger gebildet, die auf der Wähl- und Schaltwelle sitzen,
während
die zweiten Formschlußelemente
gabelförmige
Klauen sind, die an den Schaltschwingen vorgesehen sind und Sperrflächen in
Form einer Gasse quer zur Schwenkrichtung bilden, in die der Schaltfinger
eingreift. Da für
das Anwählen
aller Gänge
des Getriebes nur ein begrenzter Schwenkbereich zur Verfügung steht,
ist der Winkelbereich, in dem sich der jeweilige Schaltfinger und
die gabelförmige
Klaue axial überdecken,
klein gehalten, so dass auch vielstufige Getriebe, z. B. Sechsganggetriebe,
sicher geschaltet werden können.
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Die
dritten Formschlußelemente
an der Sperrwelle werden zweckmäßigerweise
durch Querstifte gebildet, die mit einem entsprechenden Winkelversatz
zueinander in die Sperrwelle eingelassen sind. Sie arbeiten mit
den vierten Formschlußelementen
an den Schaltschwingen zusammen, die durch Sperrflächen an
den Schaltschwingen gebildet werden, die quer zur Achse der Wähl- und
Schaltwelle liegen. Dadurch sind die Schaltschwingen solange in
ihrer neutralen Position gehalten, bis die Querstifte freigegeben
werden, indem die Sperrflächen
enden oder unterbrochen sind, z. B. durch eine Längsnut, die die Sperrfläche in der
zugehörigen
Wählposition kreuzt.
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Um
die dritten Formschlußelemente,
die Querstifte, über
einen größeren Winkelbereich
der Sperrwelle verteilen zu können,
enthält
die triebmäßige Verbindung
zwischen der Wähl-
und Schaltwelle einerseits und der Sperrwelle andererseits nach
der Erfindung eine Übersetzungsstufe,
die durch Zahnsegmente gebildet wird, die mit der Wähl- und
Schaltwelle bzw. der Sperrwelle verbunden sind. Dabei wird zweckmäßigerweise
das Zahnsegment auf der Wähl- und
Schaltwelle als ein Segment eines Hohlrads ausgebildet.
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Weitere
Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung dargestellt.
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Es
zeigen:
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1 eine
perspektivische Darstellung einer Schalteinrichtung, soweit es für das Verständnis der Erfindung
erforderlich ist,
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2 einen
Querschnitt im Bereich einer Schwinge entsprechend der Linie II-II
in 1 und
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3 einen
Querschnitt im Bereich einer Schwinge entsprechend der Linie III-III
in 1.
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Eine
Schalteinrichtung 1 besitzt vier Schaltschwingen 2, 3, 4, 5,
die in einem nicht näher
dargestellten Getriebegehäuse
um Schwenkachsen 6, 7, 8, 9 schwenkbar
gelagert sind. Die Schaltschwingen 2, 3, 4, 5 sind
gabelförmig
gestaltet und weisen im Bereich ihrer gabelförmigen Enden Lagerbohrungen 10, 11, 12, 13 auf,
in denen nicht näher
dargestellte Gleitsteine drehbar gelagert sind, die in Umfangsnuten
von Schaltmuffen zugehöriger
Schaltkupplungen gelagert sind. Die ebenfalls nicht näher dargestellten Schaltkupplungen rotieren
um eine Drehachse 43. Parallel zur Drehachse 43 und
quer zu den Schwenkachsen 6, 7, 8, 9 ist
eine Wähl-
und Schaltwelle 14 angeordnet, die im Getriebegehäuse um eine Schwenkachse 20 in
der Schwenkrichtung 15 schwenkbar und in Schaltrichtung 16 axial
verschiebbar gelagert ist.
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Auf
der Wähl-
und Schaltwelle 14 sind Schaltfinger 21, 22, 23, 24 befestigt
und zueinander winkelversetzt angeordnet. Bei einer Schwenkbewegung
der Wähl-
und Schaltwelle 14 gelangen die Schaltfinger 21, 22, 23, 24 einzeln
nacheinander in Eingriff mit gabelförmigen Klauen 25, 26, 27, 28,
die an den Schaltschwingen 2, 3, 4, 5 befestigt
sind. Die Schaltschwingen 2, 3, 4, 5 und
die Schaltfinger 21, 22, 23, 24 sind
jeweils einzelnen Gängen
zugeordnet. So ist beispielsweise die Schaltschwinge 2 für den Rückwärtsgang,
die Schaltschwinge 3 für
den ersten und zweiten Gang, die Schaltschwinge 4 für den dritten
und vierten Gang und die Schaltschwinge 5 für den fünften und
sechsten Gang vorgesehen.
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Die
Schalteinrichtung 1 ist in einer neutralen Schaltposition
dargestellt, wobei die Wähl-
und Schaltwelle 14 so geschwenkt ist, dass die Schaltgasse
des dritten und vierten Gangs gewählt ist, indem der Schaltfinger 23 in
die Klaue 27 eingreift. Wird die Wähl- und Schaltwelle 14 in
eine der beiden Schaltrichtungen 16 bewegt, wird der dritte
oder vierte Gang geschaltet, indem über die Schaltschwinge 4 und
die zugehörigen
Gleitsteine die entsprechende Schaltkupplung eingerückt wird.
In der Schaltstellung kann die Wähl-
und Schaltwelle 14 über
Rastnuten 17 verrastet werden. Die Wähl- und Schaltwelle 14 wird
mittels eines nicht näher
dargestellten Gestänges
geschwenkt und axial verschoben, das an einem Kugelelement 18 an
der Wähl-
und Schaltwelle 14 angreift.
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Damit
während
der Schaltung nur die angewählte
Schaltschwinge 4 betätigt
wird, müssen
die übrigen
Schaltschwingen 2, 3, und 5 verriegelt
sein.
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Erfindungsgemäß wird dies
dadurch gelöst, dass
grundsätzlich
alle Schaltschwingen 2, 3, 4, 5 stets
verriegelt sind und nur eine 4 freigegeben wird, wenn sie
durch die Schwenkbewegung der Wähl- und
Schaltwelle 14 angewählt
ist, indem der Schaltfinger 23 in die entsprechende Klaue 27 eingreift.
Die übrigen
Schaltschwingen 2, 3, 5 sind weiter mittels
einer Sperrwelle 31 gesperrt, die über ein Zahnsegment 29 auf
der Wähl-
und Schaltwelle 14 und ein weiteres Zahnsegment 30 auf
der Sperrwelle 31 trieblich mit der Wähl- und Schaltwelle 14 verbunden ist.
Die triebliche Verbindung der beiden Zahnsegmente 29, 30 bildet
eine Getriebestufe mit einer Übersetzung,
so dass der Schwenkwinkel der Sperrwelle 31 größer ist
als der Schwenkwinkel der Wähl- und
Schaltwelle 14.
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In
die Sperrwelle 31 sind Sperrstifte 33, 34, 35, 36 eingelassen,
die an Sperrflächen 37, 38, 39 und 40 der
Schaltschwingen 2, 3, 4, 5 geführt sind. Die
Sperrflächen 37, 38, 39, 40 verlaufen
quer zur Schaltrichtung 16 und werden bei den Schaltschwingen 3, 4, 5 durch
Flanken der entsprechenden Nuten 38, 39, 40 gebildet.
Die Sperrstifte 33, 34, 35, 36 sind zueinander
winkelversetzt, wobei der Winkelversatz dem Winkelversatz der Schaltfinger 21, 22, 23, 24 unter
Berücksichtigung
der Übersetzungsstufe
der Zahnsegmente 29 und 30 entspricht. Durch die Übersetzungsstufe
der Zahnsegmente 29 und 30 gewinnt man mehr konstruktive
Freiheit für
die Anordnung der Sperrstifte 33, 34, 35, 36 und
Sperrflächen 37, 38, 39 und 40.
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Die
Sperrstifte 33, 34, 35, 36 werden
solange von den zugehörigen
Sperrflächen
bzw. Nuten 37, 38, 39, 40 geführt bis
der zugehörige
Schaltfinger 21, 22, 23, 24 in
die entsprechende Klaue 25, 26, 27, 28 eingreift.
In dieser Position endet die Sperrfläche 37 bzw. die Nut 40,
während
die Sperrflächen
der Nuten 38 und 39 durch Längsnuten 41 und 42 unterbrochen sind.
Dadurch gibt jeder Sperrstift 33, 34, 35, 36 die zugehörige Schaltschwinge
frei, wenn der entsprechende Schaltfinger 21, 22, 23, 24,
z. B. der Schaltfinger 23 in die entsprechende Klaue, z.
B. die Klaue 27, eingreift.
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Um
auf einem begrenzten Schwenkwinkelbereich ausreichend viele Schaltfinger
für Getriebe mit
vielen Gängen
unterbringen zu können,
sind die Schaltfinger 21, 22, 23, 24 und
die zugehörigen
Klauen 25, 26, 27, 28 auf einen
schmalen Drehwinkelbereich begrenzt.
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- 1
- Schalteinrichtung
- 2
- Schaltschwinge
- 3
- Schaltschwinge
- 4
- Schaltschwinge
- 5
- Schaltschwinge
- 6
- Schwenkachse
- 7
- Schwenkachse
- 8
- Schwenkachse
- 9
- Schwenkachse
- 10
- Lagerbohrung
- 11
- Lagerbohrung
- 12
- Lagerbohrung
- 13
- Lagerbohrung
- 14
- Wähl- und
Schaltwelle
- 15
- Schwenkrichtung
- 16
- Schaltrichtung
- 17
- Rastnut
- 18
- Kugelelement
- 20
- Schwenkachse
- 21
- Schaltfinger
- 22
- Schaltfinger
- 23
- Schaltfinger
- 24
- Schaltfinger
- 25
- Klaue
- 26
- Klaue
- 27
- Klaue
- 28
- Klaue
- 29
- Zahnsegment
- 30
- Zahnsegment
- 31
- Sperrwelle
- 32
- Schwenkachse
- 33
- Sperrstift
- 34
- Sperrstift
- 35
- Sperrstift
- 36
- Sperrstift
- 37
- Sperrfläche
- 38
- Wut
- 39
- Nut
- 40
- Nut
- 41
- Längsnut
- 42
- Längsnut
- 43
- Drehachse