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Einrichtung zum synchronisierten Schalten eines Kraft-
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fshrzeug-Schaltgetriebes Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung
zum synchronisierten Schalten eines mehrgängigen mechanischen Schaltgetriebes von
Eraftfahrzeugen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Herkömmliche Schaltgetriebe benötigen zum Einschalten der einzelnen
Getriebegänge diesen Gängen zugeordnete Synchronisationsglieder, um den Eingriff
der formschlüssigen Kupplungsglieder, wie beispielsweise der Schiebemuffen an den
Zahnradkörpern, einwandfrei zu ermöglichen. Solche Synchronisationsglieder sind
jedoch relativ teuer und aufwendig und er fordern zudem axialen Bauraum, der bei
den bekannt engen räumlichen Verhältnissen heutiger Kraftfahrzeug-Schaltgetriebe
nur begrenzt zur Verfügung steht.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht daher darin, eine
Einrichtung zum synchronisierten Schalten eines mehrgängigen graftfahrzeugschaltgetriebes
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, das ohne die herkömmlichen, den
einzelnen Getriebegängen zugeordneten
Synchronisationsglieder auskommt
und daher sowohl vom Bauaufwand als auch vom Bauraum weniger aufwedig ist.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruchs
1. Danach ist also zwischen dem Handwählhebel und dem Getriebe eine hilfskraftbetätigbare
Schaltbetätigungsvorrichtung eingeschaltet, die von einer Steuervorrichtung erst
dann zur Durchschaltung des gewählten Getriebeganges beaufschlagt ist, wenn die
Umfangsgeschwindigkeit der miteinander zu verbindenden Teile im wesentlichen gleich
ist.
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Um diese Gleichheit der Umfangsgeschwindigkeiten der miteinander zu
verbindenden Teile, das heißt beispielsweise der Schaltmuffen und zugeordneten Verzahnungen
der Gangzahnräder, zu erreichen, sollen gemäß einer Weiterbildung der Erfindung
von der Steuervorrichtung beaufschlagbare Mittel zur Verzögerung bzw. zur Beschleunigung
der Antriebswelle des Getriebes vorgesehen sein. Zweckmäßige Weiterbildungen der
Erfindung ergeben sich gemäß weiteren Unteransprüchen.
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Der mit der Erfindung erreichbare wesentliche Vorteil besteht darin,
daß die Synchronisationsglieder im Schaltgetriebe selbst entfallen können und damit
axialer Bauraum sowie Bauaufwand gespart werden kann.
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Ausfflirungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt
und werden im folgenden näher erläutert. Dabei zeigen in schematischer Darstellungsweise
Figur 1 ein Schaltbild eines mechanischen Schaltgetriebes mit von einer elektronischen
Steuervorrichtiu betätigbaren Mitteln zum Abbremsen sowie zum Beschleunigen der
Antriebswelle, Figur.2 eine andere Ausfüuuungsform des erfindungsgemäßen Schaltgetriebes,
bei dem die Beschleunigungsvorrichtung durch eine automatisch betätigbare Kupplung
sowie eine elektronisch betätigbare Drosselklappenverstellung erreicht wird und
Figur 3 die Darstellung einer anderen Ausbildungsform der elektronischen Dros selklappenverstellung.
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Inden einzelnen Figuren der Zeichnung ist für jeweils gleiche Bauteile
das gleiche, gegebenenfalls mit einem Strich versehene Bezugszeichen verwendet worden.
Dabei ist mit 1 das Schaltgetriebe insgesamt, mit 2 der
durch eine
Kurbelwelle angedeutete Antriebsmotor und mit 3 eine zwischen beiden Aggregaten
liegende Kupplung bezeichnet. 4 bezeichnet die Antriebs-und 5 die Abtriebswelle
des Getriebes 1, während mit 6 ein von der Abtriebswelle 5 angetriebenes Ausgleichgetriebe
angedeutet ist.
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Die Kupplung 3 wird bei dem in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiel
über eine durch die hohle Antriebswelle 4 geführte iBetätigungsstange 7 von einem
Ausrücklager 8 betätigt, das seinerseits über ein Betätigungsgestänge 9 mit dem
zu dem hier nicht weiter gezeigten Kupplungspedal führenden Seilzug 10 verbunden
ist.
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Mit 11 und 12 sind die auf der Antriebswelle 4 starr befestigten Festräder
des ersten und zweiten Getriebeganges und mit 13 und 14 die diesen Getriebegängen
zugeordneten, auf der Abtriebswelle 5 drehbar gehaltenen Losräder bezeichnet, die
über eine in Verzahnungen der Losräder eingreifende Schiebemuffe 15 starr mit der
Abtriebswelle 5 kuppelbar sind.
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Die Übersetzung des dritten und vierten Getriebeganges wird durch
auf der Antriebswelle 4 drehbar gelagerte Losräder 16 und 17 gebildet, die mit starr
auf der Abtriebswelle 5 gehaltenen Festrädern 18 und 19 kämmen.
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Die Einschaltung des Getriebeganges wird durch eine Schiebemuffe 20
bewirkt, die wiederum in Verzahnungen der Losräder 16 bzw. 17 eingreift.
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In der Zeichnung sind auch noch die Gangräder für eine fünfte Vorwärtsgangübersetzung
angedeutet, die aus einem auf der Antriebswelle 4 gelagerten Losrad 21 und einem
starr mit der Abtriebswelle 5 verbunden Festrad 22 bestehen, während mit 23 die
diesem fünften Getriebegang zugeordnete Schiebemuffe bezeichnet ist. Die für den
Rückwärtsgang vorgesehenen Zahnräder sind hier nicht weiter dargestellt.
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Bei dem in der Zeichnung dargestellten Schaltgetriebe erfolgt nun
die Schaltung der einzelnen Getriebegänge nicht direkt mittels des Gangwählhebels
24 über herkömmliche Schaltmittel. Der Gangwählhebel dient vielmehr lediglich der
Vorwahl der unterschiedlichen Getriebegänge, während der Schaltvorgang selbst von
einer hilfskraftbetätigten, beispielsweise elektrisch -pneumatischen Schaltvorrichtung
25 über ein Schaltgestänge 26 sowie Schaltgabeln 26a, 26b und 26c durchgefiihr ester
Schaltvorgang zur Verstellung einer einem bestimmten Getriebegang zugeordneten Schiebemuffe
15;
20 oder 23 in eine Eingriffsstellung an einem dem jeweiligen Getriebegang zugeordneten
Losrad erfolgt dabei erst, wenn eine elektronische Steuervorrichtung 27 eine gleiche
Umfangsgeschwindigkeit an den miteinander zu verbindenden Teilen festgestellt hat.
Dazu erhält die Steuervorrichtung nicht nur eine Information über den angewählten
Getriebegang über eine Signalleitung 28a und gibt das Durchschaltsignal über eine
Signalleitung 28b an die Schaltvorrichtung 25, sondern sie erhält auch Informationen
über die Drehzahl der Antriebswelle 4 von einem Drehzahlaufnehmer 29 sowie über
die Drehzahl der Abtriebswelle 5 von einem Drehzahlaufnebmer 30. Außerdem ist noch
ein Drehzahlaufnehmer 31 zur Messung der Drehzahl des Antriebsmotors bzw. der mit
der Kurbelwelle 2 verbundenen Kupplungsplatte, vorhanden. Mit 32 ist ein die Stellung
der Kupplung erfassender Meßwertgeber bezeichnet, der ebenfalls über eine Signalleitung
mit der elektronischen Steuervorrichtung 27 verbunden ist.
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Die Feststellung, ob an den miteinander zu verbindenden Bauteilen
eine gleicUmfangsgeschwindigkeit herrscht, wird von der Steuervorrichtung 27 selbstverständlich
unter Berüeksichtigung des angewählten Getriebeganges getroffen und erst,wenn im
wesentlichen die Geschwindigkeit gleich ist, erhält die Schaltvorrichtung 25 ein
Signal zum Durchschalten des gewählten Getriebeganges.
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Damit nun aber eine solche Drehzahl- bzw. Geschwindigkeitsgleichheit
erzielt werden kann, sind gemäß der Erfindung Vorrichtungen zur Abbremsung bzw.
zur Beschleunigung der Antriebswelle 4 vorgesehen. Diese bestehen zum einen aus
einem konischen Bremsring 40, der an einer entsprechend verlaufenden Bremsscheibe
41 der Antriebswelle 4 bei Verstellung mittels eines hier pneumatisch ausgebildeten
Stellmotors 33 über ein Betätigungsgestänge 39 zur Anlage kommt. Dem pneumatischen
Stellmotor zugeordnet sind Steuerventile 34 und 35, die von der Steuervorrichtung
27 angesteuert den Stellmotor entweder mit einer zu einem Unterdruckspeicher 37
führenden Unterdruckleitung 36 bzw. 36a oder aber mit einem zu der Atmosphäre führenden
Anschluß 38 verbinden.
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Die Beschleunigung der Antriebswelle 4 erfolgt bei dem in der Figur
1 gezeigten Ausführungsbeispiel durch eine über die Zahnräder 11 und 13
des
ersten Getriebeganges erfolgende kurzzeitige Verbindung mit der Abtmiebswelle 5,
indem ein gegenüber einem mit der Abtriebswelle starr verbundenen Bauteil axial
verschieblich aber unverdrehbar gehaltenes Kupxlungsteil 44 an einer an dem Losrad
13 des ersten Getriebeganges angebrachten Kupplungsscheibe 45 zur Anlage gebracht
wird. Diese kurzzeitige Verstellung des Kupplungsteils 44 erfolgt dabei über ein
Betätigungsgestänge 43 von einem hier ebenfalls pneumatisch ausgebildeten Servomotor
42, der von zwei Steuerventilen 46 und 47 angesteuert wird, die ihrerseits von der
elektronischen Steuervorrichtung 27 beaufschlagt werden. Dabei verbindet das Steuerventil
46 den Stellmotor 42 mit einer Zweigleitung 36b der Unterdruckleitung 36, während
das Steuerventil 47 den Stellmotor 42 mit dem Atmosphärenauslaß 48 verbindet.
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Mit 49 ist in der Figur 1 noch eine den Unterdruckspeicher 37 mit
einer Unterdruckquelle, beispielsweise einer Entnahmestelle der Ansaugleitung einer
Otto-Brennkraftmaschine oder einer Unterdruckpumpe, verbindende Leitung bezeiclset.
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Um die Funktion und Wirkungsweise der in der Figur 1 gezeigten Ausfthrung
der erfindungsgemäßen Schalteinrichtung zu erläutern sei zunächst angenommen, -daß
som zweiten in den dritten Getriebegang geschaltet werden soll. Nach der Verstellung
des Wählhebels 24 in die diesem neuen Getriebegang zugeordnete Stellung erfolgt
zunächst mittels Hilfskraft eine Ausschaltung des zweiten Getriebeganges, das heißt
die Schaitmuffe 15 wird aus ihrer das Losrad 14 des zweiten Getriebeganges mit der
Abtriebswelle 5 verbindenden Stellung ausgerückt. Bevor nun die Schaltmuffe 20.
das Losrad 16 des dritten Getriebeganges mit der Antriebswelle 4 verbindet,muß nun
zunächst sichergestellt werden, daß dieses Losrad 16 die gleiche Drehzahl wie die
Antriebswelle 4 hat. Normalerweise wird beim Übergang vom zweiten in den dritten
Getriebegang durch Beaufschlagung der die Bremsvorrichtung betätigenden Servovorrichtung
33 abgebremst werden, damit die gewünschte Drehzahlgleichheit für den Schaltvorgang
herrscht. Würde dagegen der Schaltvorgang umgekehrt ausgeführt werden, also vom
dritten in den zweiten Getriebegang zurückgeschaltet, dann müßte im allgemeinen
eine Beschleunigung der Antriebswelle 4 vorgenommen werden, was durch entsprechende
Beaufschlagung des Servomotors 42
zur Betätigung der Beschleunigungsvorrichtung
44, 45 geschehen würde.
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Durch kurzzeitige Beaufschlagung des Servomotors 42 wird eine Verbindung
zwischen der Antriebswelle 4 und der Abtriebswelle 5 über die dem ersten Gang zugeordneten
Zahnräder 11 und 12 herbeigeführt, so daß die Antriebswelle 4 mit der größten Übersetzung
von der Abtriebswelle 5 angetrieben wird. 3ei Erreichen der Drehzahlgleichheit oder
kurzzeitig vorher wird die Steuervorrichtung 27 die Brems- bzw. Beschleunigungsvorrichtung
abschalten und durch Beaufschlagung der Schaltvorrichtung 25 die jeweiligen Getriebegänge
synchronisiert zuschalten. Zweckmäßig bei dieser Anordnung wäre für den Fall, daß
die Kupplung vom Fahrzeugführer, wie in der Zeichnung gezeigt, betätigt wird, die
Ausgabe eines Signals für das Wiedereinrücken der Kupplung nach beendigung des Schaltvorganges.
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Anstelle einer willkürlich mittels eines Fußpedals betätigbaren Kupplung
könnte hier aber auch eine automatische beispielsweise von der Steuervorrichtung
angesteuerte Kupplung eingesetzt werden.
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Bei der Ausfiihrung nach der Figur 2 ist nun die Beschleunigungsvorrichtung
weggelassen worden, während die Bremsvorrichtung noch vorhanden ist.
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Eine Beschleunigung der Antriebswelle 4 kann hier durch entsprechende
Betätigung der Hauptkupplung 3' erreicht werden, der ein Servomotor 85 zugeordnet
ist. Dieser Servomotor wirkt über das Betätigungsgestänge 86 und 9' auf das Ausrücklager
8, das über die die hohle Antriebswelle 4 zentral durchdringende 13etätigungsstange
7 die Kupplung 3' ausrückt. Zur Steuerung dieses beispielsweise pneumatisch arbeitenden
Servomotors 85 dient ein von der elektronischen Steuervorrichtung 27 angesteuertes
Steuerventil 87, das über eine Zweigleitung 36c mit der zu dem Unterdruckspeicher
37 führenden Unterdruckleitung 36 verbunden ist.
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Weiterhin ist auf der rechten Seite der Figur 2 eine Vorrichtung zur
hilfskraftbetätigten Anhebung der Drehzahl der Kurbelwelle 2 in Form einer hilfskraftbetätigten
Drosselklappenverstellung angedeutet, die unabhängig von der herkömmlichen fußpedalbetätigten
Drosselklappenverstellung zur Wirkung kommt. Dabei ist mit 50 die in dem Saugrohr
51 schwenkbar gehaltene Drosselklappe bezeichnet, der eine erste Betätigungswelle
52 zugeordnet ist.
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Diese Betätigungswelle 52 wird von einer Federanordnung 53 in formschlüssigem
Eingriff mit der Drosselklappe 50 gehalten, so daß eine an der Welle über ein mit
dem Gaspedal verbundenes Zugseil 55 entgegen der Wirkung einer Rückstellfeder 56
angreifende willkürliche Betätigungskraft die
Drosselklappe zur
Erhöhung bzw. Erniedrigung des Gemischdurchsatzes verstellt. Diese Verstellung wird
durch einen Stellungsgeber 57 erfaßt, der über eine Signalleitung mit der elektronischen
Steuervorrichtung 27 verbunden ist. Mit 54 ist ein die gesamte Verstelleinrichtung
tragende Konsole angedeutet.
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Soll nun die Drehzahl des Antriebsmotors unabhängig von der Fußpedalbetätigung
zur Erhöhung der Drehzahl der Antriebswelle 4 verstellt werden, dann wird zunächst
über einen Servomotor 59 und ein Rillenkugellager 60 eine zweite Betätigungswelle
58 mit der Drosselklappe 50 in formschlüssigen Eingriff gebracht, wobei die 13etätigungswelle
52 in eine Außereingriffsstellung gedrückt wird. Diesem ersten Stellmotor 59 zugeordnet
sind Steuerventile 61 und 62, die von der Steuervorrichtung 27 zur Verbindung des
Stellmotors 59 mit dem Unterdruckspeicher 37 über eine Unterdruckleitung 63 bzw.
zur Verbindung mit einem Atmosphärenauslaß 64 angesteuert werden. Zur Anstellung
der Drosselklappe dient dann ein zweiter pneumatischer Stellmotor 65, der über ein
Betätigungsgestänge 66 die Betätigungswelle 58 verdreht. Diesem zweiten Stellmotor
65 zugeordnet sind zwei Steuerventile 67 und 68, die ebenfalls von der elektronischen
Steuervorrichtung 27 angesteuert werden und den Stellmotor mit der Unterdruckleitung
63 bzw. mit einem Atmosphärenauslaß 69 verbinden. Der Istwert der Drosselklappenverstellung
wird dabei über einen Weg- bzw. Winkelgeber 70 an die elektronische Steuervorrichtung
27 gemeldet.
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Vor dem Anheben der Drehzahl der Antriebswelle 4 bei einem Schaltvorgang,
beispielsweise von einem höheren in einen niedrigeren Gang, wird zunächst die Kupplung
3' über den Servomotor 65 eingerückt, so daß die Antriebswelle 4 mit der Motorkurbelwelle
2 verbunden ist. Anschließend erfolgt über den pneumatischen Stellmotor 65 eine
Verdrehung der Drosselklappe 50, nachdem die Betätigungswelle 58 von dem Stellmotor
59 in formschlüssigen Eingriff mit der Drosselklappe 50 gebracht wurde. Die Drosselklappe
50 wird dabei so-weit verstellt, bis die Drehzahl der Motorkurbelwelle 2 und der
mit dieser verbundenen Antriebswelle 4 des Getriebes dem gewünschten Wert entspricht,
so daß der Gang nach Ausrücken der Kupplung 3' eingelegt werden kann.
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Um bei diesem Vorgang auch das Kupplungseinrücken ruckfrei gestalten
zu können, kann zunächst auch die Drehzahl des Motors durch Eingriff der
hilf
skraftbetätigten Drosselklappenverstellvorrichtung an die Drehzahl der Antriebswelle
4 des Getriebes angeglichen werden.
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Mit dieser Vorrichtung, nämlich mit der hilf skraftbetätigten Kupplung
3' und der hilfskraftbetätigten Drosselklappenverstellung kann im Prinzip auch eine
Abbremsung der Antriebswelle 4 des Getriebes durchgeführt werden, wobei dann die
hilfskraftbetätigte Bremsvorrichtung, die in der Figur 2 noch vorhanden ist, entfallen
könnte. Zu diesem Zweck müßte lediglich nach Einrücken der Kupplung 3', gegebenenfalls
nach Herstellung der Drehzahlgleichheit zwischen Motor-Kurbelwelle 2 und Getriebeantriebswelle
4 durch entsprechende Verstellung der Drosselklappe 50 seitens des Stellmotors 65
die Drehzahl des Motors und damit die Drehzahl der Antriebswelle heruntergeregelt
werden.
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In der Figur 3 ist noch eine andere Möglichkeit der Drosselklappenbetätigung
angedeutet, wobei das in der Figur 2 nicht dargestellte Gaspedal nicht mehr, wie
dies bisher üblich war, über einen Seilzug direkt mit der Drosselklappe verbunden
ist. Hier erfolgt vielmehr eine Verbindung auf elektronischem Wege über die Steuervorrichtung
27, indem das Gaspedal 78, das schwenkbar an einem Haltebock 79 gehalten ist, über
ein Gestränge 81 mit einem Weggeber 80 verbunden ist, der den Verstellweg des Gaspedals
78 beispielsweise elektrisch erfaßt und diese Wegvorgabe an die elektronische Steuervorrichtung
27 mitteilt. Mit 82 ist eine an dem Gaspedal angreifende Rückstellfeder bezeichnet.
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Die hilfskraftbetätigte Verstellvorrichtung für die Drosselklappe
50 wird jetzt nur noch durch einen Stellmotor 72 gebildet der über ein Betätigungsgestänge
73 an der Drosselklappenwelle 71 angreift und diese in Abhängigkeit von der Stellung
der Steuerventile 74 und 75 verstellt. Dabei steuert das Steuerventil 74 die Verbindung
des Stellmotors 72 mit der Unterdruckleitung 63' und das Steuerventil 75 die Verbindung
mit dem Atmosphärenauslaß 76. Mit 77 ist ein die Verstellung der Drosselklappe 50
erfassender Weggeber angedeutet, der über eine Signalleitung mit der elektronischen
Steuervorrichtung 27 verbunden ist. 3ei dieser in der Figur 3 gezeigten Ausführung
wird also sowohl die willkürliche, von dem Gaspedal vorgegebene Verstellung der
Drosselklappe ebenso-wie eine zur Erreichung der Drehzahlgleichheit für den Schaltvorgang
von der elektronischen Steuervorrichtung
27 vorgegebene Drosselklappenverstellung
über ein- und demselben Stellmotor 72 geleitet.
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Abschließend sei darauf hingewiesen. daß die erfindungsgemäße Schalteinrichtung
natürlich auch bei einem Fahrzeug mit einer zwischen dem Antriebsmotor und dem Schwungrad
angeordneten zweiten Kupplung gemäß Patentanmeldung P 27 48 697 mit Vorteil verwendet
werden kann.