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Die Erfindung bezieht sich auf eine Gangschalteinrichtung für ein synchronisiertes Wechselgetriebe nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Bei teilautomatisierten Zahnräderwechselgetrieben in Kraftfahrzeugen, in denen der Gangwechsel mit Hilfe druckmittelbeaufschlagter Schaltzylinder bewerkstelligt wird, ist auf der einen Seite anzustreben, dass der Schaltvorgang beim Gangwechsel möglichst schnell durchgeführt bzw. abgeschlossen wird um einen allzu grossen Abfall der Motordrehzahl während des Schaltvorganges zu vermeiden. Auf der anderen Seite muss darauf geachtet werden, dass die an der Synchronisation beteiligten Teile der Synchronisiereinrichtung nicht übermässig belastet bzw. verschlissen werden.
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Eine bekannte und zumindest im praktischen Versuch gebräuchliche Möglichkeit die Bewegungsgeschwindigkeit des Kolbens eines Dreistellungs-Schaltzylinders und damit die Geschwindigkeit des gegenseitigen Einschubes der beiden Teile einer nach Art einer Reibungskupplung ausgebildeten Synchronisiereinrichtung zu beeinflussen bzw. auf einen einen verschleissfreien Betrieb gewährleistenden Betrag zu reduzieren, besteht in der Anwendung von Proportionalventilen in der Druckmittelbeaufschlagung des Kolbens des Schaltzylinders. Diese Massnahme führt zwar auch bei kleinbauend ausgebildeten Schaltzylindern zu einer hinreichenden Schaltgeschwindigkeit bei gleichzeitig geringem Verschleiss der Synchronisiereinrichtung, ist aber auf der anderen Seite mit einem sehr hohen Aufwand für die erforderlichen Proportionalventile in der Druckmittelbeaufschlagung der Schaltzylinder behaftet.
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In der
DE 21 36 960 B2 ist eine Gangschaltvorrichtung zum halb. oder vollautomatischen, elektrohydraulischen Schalten von mehrstufigen Zahnradwechselgetrieben mit mechanischer Synchronisierung beschrieben. Aus der
DE 195 34 683 A1 ist zur Dämpfung des Endanschlages eines Schaltkolbens ein Dämpfungskolben in einem separaten Dämpfungszylinder innerhalb einer Hydraulikflüssigkeit in Abhängigkeit von der Bewegung des Schaltkolbens verschiebbar positioniert, wobei der Dämpfungszylinder konstruktiv derart ausgestaltet ist, dass zwischen dem Dämpfungskolben und dem ihn umgebenden Gehäuse des Dämpfungszylinders ein Ringspalt mit variierendem Durchmesser vorgesehen ist.
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Bei einer anderen bekannt gewordenen Ausbildung
DE 21 36 960 B2 eines drei Stellungen, d. h. neben einer neutralen Mittelstellung zwei Schaltstellungen, ermöglichenden Schaftzylinders für eine in dieser Hinsicht ausgelegte Gangschalteinrichtung eines Zahnräderwechselgetriebes ist vorgesehen, daß in die Druckmittelversorgung für den Schaltzylinder eine schaltbare Drossel eingeschaltet ist, mittels derer die Bewegungsgeschwindigkeit des Kolbens des Schaltzylinders und damit die Einschubgeschwindigkeit der Teile der Synchronisiereinrichtung auf einen solchen Betrag verringert werden kann, der einen wenigstens annähernd verschleißfreien Betrieb der Synchronisierungseinrichtungen gewährleistet.
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Bei einer weiteren bekannt gewordenen Ausbildung eines Schaltzylinders ist eine Dämpfungseinrichtung vorgesehen, die eine innerhalb des Schaltkolbens des Schaltzylinders angeordnete Bypassöffnung umfaßt, welche von einem durch Anschlag an einer Zylinderstirnfläche verstellbaren Schieber beherrscht wird, in der Weise, daß der Schieber in einer ersten Stellung die Bypassöffnung verschließt und in einer zweiten Stellung den Druckmitteldurchgang durch die Bypassöffnung frei gibt. Mit einer solchen Ausbildung einer Dämpfungseinrichtung läßt sich zwar bei erträglichem Aufwand eine Dämpfung des Kolbens erreichen, jedoch beschränkt auf eine Endlagendämpfung, da der die Bypassöffnung beherrschende Schieber nur durch Anschlag am Zylinderboden oder Zylinderdeckel in seine Freigabestellung gelangen kann.
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Der Erfindung liegt ausgehend von dem vorstehend aufgezeigten Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, für eine Gangschalteinrichtung zum Gangwechsel in einem synchronisierten Wechselgetriebe, insbesondere einem teilautomatisierten Zahnräderwechselgetriebe für Kraftfahrzeuge einen drei Stellungen der Schaltmuffe ermöglichenden Schaltzylinder einerseits kleinbauend auszubilden und andererseits mit einer Dämpfungseinrichtung auszustatten, welche in einzelnen Wegabschnitten die auf die Schaltmuffe ausgeübte Betätigungskraft und zugleich auch deren Bewegungsgeschwindigkeit auf einen möglichst verschleißfreien Betrieb der Synchronsiereinrichtung sicherstellt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungsformen angegeben.
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Die Anwendung eines den Kolben über wenigstens eine Wegstrecke hin umgehenden gedrosselten Bypass-Weges für das Druckmittel als Einrichtung zur Dämpfung gestattet es, eine Dämpfung sowohl der Kraft als auch der Bewegungsgeschwindigkeit des Kolbens insbesondere dann mit einem vergleichsweise geringen Aufwand zu verwirklichen, wenn der Bypass-Weg in Form einer in die Zylinderwandung eingebrachten Längsnutausnehmung ausgebildet ist. Dabei eröffnet diese Ausbildung des Bypass-Weges die weitere Möglichkeit die Betätigungskraft und die Bewegungsgeschwindigkeit des Kolbens über einzelne Wegabschnitte des Kolbens hin sehr genau und so einzuregeln, daß sich bezüglich der Verstellung der Schaltmuffe ausgehend von einer Leerlaufstellung in der sie mit keinem der benachbarten Losräder in Berührung steht eine Schiebebewegung der Schaltmuffe in Richtung auf eines der Losräder hin über einen kurzen Weg hin mit einer ersten Bewegungsgeschwindigkeit und vorzugsweise geringer Kraft und nachfolgend mit Beginn des Eingriffes schaltmuffenseitigen Teiles mit dem losradseitigen Teil der Synchronisierung mit einer geringen Geschwindigkeit aber höherer Kraft sowie schließlich nach Abschluß der Synchronisierungsphase wieder mit höherer Geschwindigkeit und vorzugsweise geringerer Kraft erfolgt. Nach dem Vorschlag der Erfindung kann eine solche Steuerung von Bewegungsgeschwindigkeit und Kraft des Kolbens in besonders einfacher Weise dadurch erreicht werden, daß die den Bypass-Weg bildende Längsnutausnehmung in der Zylinderwandung über ihre Längserstreckung hin unterschiedliche Querschnittsflächen aufweist, wobei sich eine mit einem geringem Herstellungsaufwand realisierbare Ausführungsform daraus ergibt, daß die Längsnutausnehmung über ihre Längserstreckung hin zwar eine gleichbleibende Nutbreite aber abschnittsweise eine unterschiedliche Nuttiefe aufweist. Bei einem als doppelt wirkenden Druckmittelzylinder ausgebildeten Schaltzylinder ist die den Bypass-Weg bildende Längsnutausnehmung in der Zylinderwandung des Schaltzylinders beiderseits einer der ausgerückten Stellung beider Losräder entsprechenden neutralen Mittellage der Schaltmuffe entsprechenden Nullstellung des Kolbens des Schaltzylinders symmetrisch ausgebildet.
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Die Erfindung ist in der nachfolgenden Beispielsbeschreibung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles im Einzelnen beschrieben.
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Es zeigen
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1 eine ausschnittsweise Schnittdarstellung eines mit hilfskraftbetätigten Gangwechseleinrichtungen ausgestatteten, Zahnräderwechselgetriebes;
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2 eine Schnittdarstellung entlang der Linie II-II in der 1.
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In einem in der Zeichnung nur andeutungsweise dargestellten Getriebegehäuse 1 eines wenigstens teilautomatischen Zahnräderwechselgetriebes für Kraftfahrzeuge ist neben in der Zeichnung im Einzelnen nicht gezeigten, auf eigenen Wellen angeordneten Festrädern eine entsprechende Anzahl von auf eigenen Wellen angeordneten Losrädern vorgesehen, wobei die Losräder zur Bildung eines eine Gangstufe bildenden Antriebszuges einzeln und wahlweise mit der sie tragenden Losradwelle kuppelbar sind. Dem drehsicheren kuppeln der Losräder mit der Losradwelle sind dabei Schaltmuffen zugeordnet, welche einerseits über eine Verzahnung formschlüssig drehsicher mit der Losradwelle im Eingriff stehen und anderseits über einen Verzahnungseingriff auch formschlüssig drehsicher mit einem von zwei einander benachbarten Losrädern kuppelbar sind, derart, daß wechselweise eine drehsichere Verbindung des einen oder anderen Losrades 3 mit der Losradwelle herstellbar ist. Zum Ausgleich von unterschiedlichen Drehzahlen zwischen Festrädern und Losrädern während des Schaltvorganges ist eine in der Zeichnung zum Ausführungsbeispiel nicht im Einzelnen dargestellte Synchronisiereinrichtung vorgesehen, welche aus einem schaltmuffenseitigen und einem losradseitigen Reibungskupplungsteil besteht und deren beide Reibungskupplungsteile mit zunehmendem Verschieben der Schaltmuffe zunehmend miteinander in Kontakt kommen bis schließlich bei vollem gegenseitigen Anliegen ihrer beiden Reibungskupplungsteile der Synchronisiereinrichtung ein absoluter Gleichlauf von Losrad und Festrad der einzurückenden Gangstufe gewährleistet ist. Dabei ist die Synchronisierungseinrichtung zweistufig ausgebildet und in eine Vorsynchronisierung und eine Synchronisierung unterteilt.
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Die Schaltmuffe verbleibt jeweils in einer mittigen Neutralstellung, wenn keines der beiden ihr zugeordneten Losräder eines Losradpaares der gerade benötigten Gangstufe entspricht. Dem Verschieben der die Schaltgabeln tragenden Lagerungen auf der jeweils entsprechenden Schaltstange ist jeweils ein als doppelt wirkenden Druckmittelzylinder 2 ausgebildeter Schaltzylinder zugeordnet. In dem Schaltzylinder 2 ist ein vermittels Druckmittelleitungen 3 und 4 in Abhängigkeit von der Verstellung einer Gangwahleinrichtung je nach Schaltrichtung an seiner einen oder seiner anderen Seite mit Druckmittel beaufschlagbarer Kolben 5 angeordnet, dessen Kolbenstange 6 über ein Koppelelement 7 mit einer im Einzelnen nicht gezeigten Schaltgabel in Antriebsverbindung steht. Der Kolben 5 ist in seiner dargestellten neutralen Mittelstellung bei drucklosem Schaltzylinder 2 mittels einer einzigen, beidendig gegen den Schaltzylinder 2 abgestützten Druckfeder 8 stabil gehalten. Die als Schraubenfeder ausgebildete Druckfeder 8 ist zwischen zwei gegen den Zylinder 2 abgestützten Widerlagern 9 und 10 eingespannt. Jedes der beiden der Druckfeder 7 zugeordneten Widerlager 9 und 10 umfaßt zwei zur Kolbenstange 6 konzentrisch angeordnete Hülsen 11 bzw. 12, wobei jede der beiden Hülsen 11 und 12 eine ringförmige Widerlagerfläche für die Druckfeder 8 aufweist. Der Schaltzylinder 2 weist zwei gegeneinander stufenförmig abgesetzte Längenabschnitte 13 und 14 auf. Der Längsabschnitt 14 weist einen kleineren Durchmesser auf als der Längsabschnitt 13.
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Der den Arbeitsraum des Kolbens 5 bildende Längenabschnitt 14 des Schaltzylinders 2 ist über einen Teil seiner Gesamtlänge hin mit einer bezüglich des Kolbens 5 einen Bypass-Weg 15 für das Druckmittel bildenden Längsnutausnehmung versehen. Die den Bypassweg 15 bildende Längsnutausnehmung im Innenumfang des den Arbeitsraum des Kolbens 5 bildenden Längenabschnittes 14 des Schaltzylinders 2 ist in der gezeigten Ausführungsform bezüglich der dargestellten mittleren Neutrallage des Kolbens 5 symmetrisch ausgebildet und durch Ausfräsen hergestellt, wobei sie über ihre gesamte Längserstreckung hin eine gleichbleibende Nutbreite -L- aufweist. Die für die Erzielung über gewisse Wegstrecken hin unterschiedlicher Bewegungsgeschwindigkeiten und Kräfte des Kolbens 5 erforderlichen unterschiedlichen Querschnittsflächen der den Bypass-Weg 15 für das Druckmittel bildenden Längsnutausnehmung wird durch unterschiedliche Nuttiefen erreicht.
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In der gezeigten Ausführungsform weist die den Bypassweg 15 bildende Längsnutausnehmung ausgehend von der gezeigten Neutralstellung des Kolbens 5 in beiden Bewegungsrichtungen des Kolbens eine relativ große Nuttiefe -a- und damit eine große Querschnittsfläche auf, woraus eine verringerte Bewegungsgeschwindigkeit des Kolbens 5 resultiert. Über eine anschließende, einer Vorsynchronisation der beiden zu schaltenden Zahnräder zugeordneten Wegstrecke des Kolbens 5 hin ist die Querschnittsfläche der den Bypassweg 15 bildende Längsnutausnehmung durch eine Vertiefung -b- der Längsnutausnehmung vergrößert, verbunden mit einer Herabsetzung der Bewegungsgeschwindigkeit des Kolbens 5. Über die für den nachfolgenden Synchronisiervorgang erforderliche Wegstrecke hin ist eine höhere Bewegungsgeschwindigkeit des Kolbens bei gleichzeitig höherer Kraft erforderlich, was durch eine steile Verringerung -c- der Querschnittsfläche der den Bypassweg 15 bildende Längsnutausnehmung erreicht wird. Schließlich sind dem Durchschalten mit nachfolgendem Einfädeln der Schaltmuffenverzahnung mit der Losradverzahnung eine sich allmählich auf Null verringernde Querschnittsfläche -d- der den Bypassweg 15 bildenden Längsnutausnehmung und schließlich eine Wegstrecke -e- des Kolbens 5 ohne Bypassweg 15 zugeordnet.
