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Umschaltvorrichtung für ein Kraftfahrzeug-Schaltgetriebe
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Die Erfindung betrifft eine IJmschalteinrichtung für ein Kraftfahrzeug-Schaltgetriebe,
bei dem die Umschaltung der Gänge durch Schaltkuppelmittel erfolgt, die d'irch einen
in zwei Bewegungsrichtungen bewegbaren Schalthebel, vornehmlich mit H-förmigen Schaltwegen,
über im Getriebe angeordnete Betätigungsmittel betätigbar sind.
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Unter Betätigungsmittel sind dabei je nach C7etriebekonstruktion unterschiedliche
Bauelemente, wie z.B. Schaltlineal, Schaltfinger, Schaltgabeln und axial verdreh-und
verschiebbare Schaltwellen oder -stangen zu verstehen, die dem Einrücken der Schaltkuppelmittel
in die unterschiedlichen Schaltstellungen dienen.
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zur Anpassung von Drehmoment und Drehzahl zwischen Antriebsmaschine
und Antriebs rädern werden in Kraftfahrzeugen Handschaltgetriebe und Automatikgetriebe
eingesetzt. Automatikgetriebe (z.B. mit Drehmomentenwandler und Hydraulik-Lamellenkupplungen)
weisen gegenüber Handschaltgetrieben einen höheren Kraftfahrzeug-Bedienungskomfort
auf und sind in der Lage, das von der
Antriebsmaschine gelieferte
Drehmoment stets den jeweiligen Fahrverhältnissen optimal anzupassen. Nachteilig
gegenüber Handschaltgetrieben sind die Automatikgetriebe jedoch hinsichtlich ihres
wesentlich höheren Herstellungsaufwandes und ihres geringeren Wirkungsgrades, was
zu erhöhten Leistungsverlusten fahrt. Ferner benötigen Automatikgetriebe zusätzliche
Versorgungsaggregate, wie ÖIpumDen oder Druckluftpumpen, die normalerweise durch
die Antriebsmaschine angetrieben werden. Bei Fahrzeugen, deren Antriebsmaschine
bei Stillstand des Fahrzeuges ebenfalls ruht (z.B. bei Elektroautos), müssen die
Versorgungsaggregate durch zusitzliche Antriebe betätigt werden, um die Betriebsbereitschaft
des Automatikgetriebes aufrechtzuerhalten.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein automatisch betätigtes Getriebe
zu schaffen, bei dem auf pneumatische oder hydraulische Steuerelemente verzichtet
werden kann.
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Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, eine Umschaltvorrichtung
nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 zu schaffen, die mit geringem Aufwand
an in Kraftfahrzeugen üblichen Handschaltgetrieben montierbar ist und den Handschalthebel,
durch welchen Schaltkräfte auf die Schaltmittel des Schaltgetriebes übertragen werden,
durch eine Automatik ersetzt, welche bei Kupplungsbetätigung den für den Antrieb
richtigen Gang wählt und einlegt. Diese Aufgabenstellung ist besonders bei Elektrofahrzeugen
von Bedeutung, bei denen konventionelle Handschaltgetriebe mit bis zu 4 Vorwä.rtsgängen
vorgesehen sind und bei denen Rckwärtsfahrt durch Drehrichtungsänderung des Antriebsmotors
erreicht wird.
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Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß eine elektrische Schaltungsanordnung
vorgesehen ist, die unter Berücksichtigung der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Kenndaten
der Antriebmaschine die optimale Schaltstellung für das
Schaltgetriebe
ermittelt und daß ferner wenigstens ein durch die elektrische Schaltungsanordnung
beeinflußter Antrieb mit Stelleinrichtung, insbesondere Stellmotor vorgesehen ist,
durch welchen zur Umschaltung des Schaltgetriebes in die optimale Schaltstellung
der Schalthebel antreibbar ist und die Schaltmittel betätigbar sind.
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Der Umschaltvorgang kann z.B. mit Kupplungsbetätigung ausgelöst werden,
wobei die Kupplungsbetätigung bei Unter- oder ttberschreiten vorgebbarer Antriebsmaschinendrehzahlen
von Hand oder automatisch durch eine hierfür vorgesehene Steuerung mit Antrieb erfolgen
kann. In letzterem Fall liegt ein vollautomatisches Getriebe vor.
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Die optimale Schaltstellung ist z.B. durch das ftbertragungsverhältnis
gegeben, bei dem die Antriebsmaschine in ihrem Kennlinienbereich mit höchster Drehmomentabgabe
bzw. höchstem Wirkungsgrad arbeitet. Bei Antrieben mit fremderregter Gleichstrommaschine
ist es günstig, ein fXbertragungsverhSltnis des Schaltgetriebes einzustellen, bei
dem die Nenndrehzahl der Gleichstrommaschine überschritten ist und die Steuerung
der Drehzahl der Gleichstrommaschine durch Feldschwächung erfolgt.
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Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Umschaltvorrichtung kann das
Schaltgestänge zum Fahrerraum entfallen. Vom Fahrerraum wird bei halbautomatischen
Getrieben ein Bowdenzug zur Bedienung der Kupplung benötigt, welcher bei einem vollautomatischen
Getriebe ebenfalls entfallen kann. Ferner wird im Fahrerraum ein ßedienungse]ement
zum Umschalten auf Rckwärtsfahrt vorgesehen. Bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren
kann der Rückwärtsgang von Hand durch einen Bowdenzug eingelegt werden.
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Bei Fahrzeugen mit Elektroantrieb genügt ein elektrischer Umschalter,
der eine Umkehr der Motordrehrich-
tung bewirkt. Schließlich ist
es zweckmäßig, auch ein Bedienungselement für das Einrücken einer Leerlaufstellung
des Schaltgetriebes, die z.B. bei Schleppfahrten oder Reparaturen erforderlich sein
kann, vorzusehen. Bei Betätigung des Leerlaufsignalgebers steuert die elektrische
Schaltungsanordnung der Umschaltvorrichtung wenigstens einen Stellmotor an und schaltet
das Schaltgetriebe in Leerlaufstellung.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Umschaltvorrichtung
lediglich einen Stellmotor enthält, der mit einem Kurbeltrieb verbunden ist. Der
Kurbeltrieb ist hinsichtlich des Schalthebels des Getriebes so angeordnet, daß das
freie Ende seines Stellhebels in einer Schaltwegebene umläuft. Mit Schaltwegebene
ist dabei eine Ebene gemeint, die parallel zu einer Ebene liegt, welche durch die
Ortskoordinaten des freien Schalthebelendes in den verschiedenen Schaltstellungen
aufgespannt wird. Der Schalthebel ist über ein Federelement oder eine Kulisse mit
dem freien Ende des Stellhebels verbunden, wobei als Federelement beispielsweise
eine Zugfeder oder ein biegsamer Stab dienen kann.
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Diese Verbindung sorgt dafür, daß je nach Drehung des Kurbeltriebes
der Schalthebel, der lediglich in einer vorgeschriebenen, vorzugsweise H-förmigen
Schaltbahn bewegbar ist, von einer Getriebeschaltstellung in eine andere überführt
wird. Ein Wechsel der Getriebeschaltstellungen ist z.B. bei Verdrehen der Kurbel
um 1800 möglich. Die Leer) aufstellung kann hingegen durch Verdrehen der Kurbel
um 90° aus jeder Schaltstellung erreicht werden.
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Um den Schaltvorgang zu erleichtern, ist es zweckmäßig, beim UmrÜsten
handelsüblicher Handschaltgetriebe, die Rastfedern, die einen ungewollten Wechsel
der Schaltstellung verhindern, zu lockern oder zu entfernen, da
der
Schalthebel durch die Umschaltvorrichtung in seiner Position festgehalten wird.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung empfiehlt, für
jede der beiden Bewequngsrichtungen des Schalthebels einen Antrieb mit gesondertem
Stellmotor vorzusehen.
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Als Antrieb kann dabei in zweckmäßiger Weise eine durch einen Stellmotor
angetriebene Spindel mit im Bereich des freien Endes des Schalthebels angeordneter
Spindelmutter dienen.
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Bei Schaltgetrieben mit einer drehbaren und axial verschiebbaren Schaltwelle,
an der ein Schalthebel befestigt ist, kann für die axiale Schaltbewegung die Umschaltvorrichtung
derart ausgestaltet werden, daß die Schaltwelle durch eine axial wirkende Federkraft
auf den Kurvenkörper einer durch einen Stellmotor verdrehbaren Nockenscheibe gedrückt
wird. Die Nockenhöhe entspricht dabei dem axialen Hub der Schaltwelle, der zur Umschaltung
zwischen zwei Schaltstellungen erforderlich ist.
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Die Verdrehung der Schaltwelle kann durch einen zweiten Antrieb mit
Stellmotor erfolgen. Dieser Antrieb kann z.B. ein Spindelantrieb oder ein Kurbeltrieb
sein, wie sie beide oben beschrieben wurden.
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Um zweckdienliche Steuersignale an die Stellmotoren abgeben zu können,
ist es in der Regel erforderlich, daß durch die elektrische Schaltungsanordnung
die Ausgangsschaltstellung des Schaltgetriebes erfaßt und gegebenenfalls abgespeichert
ist. Die Erfindung schlägt verschiedene Anordnungen zur Gangerkennung vor.
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Eine derartige Anordnung ist dadurch gegeben, daß an den Schaltmitteln
den beiden Bewegungsrichtungen zugeordnete
Endschalter angeordnet
sind. Beispielsweise können die Endschalter durch den Schalthebel des Getriebes
betätigt werden. Jeder Getriebeschaltstellung entspricht eine eindeutige Endschalterstellungskombination,
die durch die elektrische Schaltungsanordnung ausgewertet wird.
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Ferner kann eine Gangerkennung dadurch realisiert werden, daß die
Drehzahlen sowohl der antriebsseitigen als auch der abtriebsseitigen Welle des Getriebes
gemessen werden. In einem Dividierer wird der Quotient aus den beiden Drehzahlmeßwerten
gebildet, und in einem nachgeschalteten Decoder wird aus dem Quotienten das übertragungsverhältnis
des Getriebes und somit deren Schaltstellung ermittelt.
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Es läßt sich vorteilhaft auch eine Auswerteeinheit zur Gangerkennung
vorsehen, die die bei einem Gangwechselbefehl an den wenigstens einen Stellmotor
abgegebenen Steuersignale erfassen, durch Vergleich mit der Ausgangs-Schaltstellung
die neue Schaltstellung ermittelt und die Information über die neue Schaltstellung
abspeichert und an die elektrische Schaltungsanordnung zur Steuerung der Stellmotoren
meldet.
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Sofern die Schaltstellung des Schaltgetriebes beispielsweise durch
Endschalter oder durch eine Auswerteeinheit zur Gangerkennung bekannt ist, kann
in vorteilhafter Weise auf die direkte Messung der Fahrzeugachsdrehzahl, deren Kenntnis
z.B. zur Ermittlung der FahrzeuReschwindigkeit erforderlich ist, verzichtet werden.
Zur Ermittlung der Fahrzeugachsdrehzahl wird die Drehzahl des Antriebsmotors gemessen
und mit dem bekannten flbertragungsverhältnis des Schaltgetriebes multipliziert.
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Die Umschaltung des Schaltgetriebes kann gemäß Ausge-
staltungen
der Erfindung entweder durch Betätigung eines mit dem Kupplungspedal verbundenen
Signalgebers oder vollautomatisch unter Wegfall des Kupplungspedals ausgelöst werden.
im ersten Fall kann eine Anzeige vorgesehen werden, die den Fahrer während der Fahrt
dann zu einer Kupplungsbetätigung auffordert, wenn der Antriebsmotor in einem ungünstigen
Drehzahlbereich läuft.
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Für ein ruckfreies Fahren bei Gangwechsel und eine Schonung der Kupplung
ist es vorteilhaft, die Antriebsmaschinendrehzahl vor einer Einkupplung auf die
Drehzahl der antriebsseitigen Welle des Schaltgetriebes zu synchronisieren. Dies
kann dadurch realisiert werden, daß eine Drehzahlsteuerung für die Antriebsmaschine
vorgesehen ist, die als Eingangssignale den Drehzahlmeßwert der antriebsseitigen
Getriebewelle und die durch die elektrische Schaltungsanordnung zur Steuerung der
Stellmotoren ermittelte Information für einen vorgesehenen Gangwechsel erhalt, und
daß. bei Betätigung der KupDlung die Drehzahlsteuerung die neue erforderliche Antriebsmaschinendrehzahl
errechnet und speichert und mit Hilfe von Stellgliedern die Maschine auf diese Drehzahl
synchronisiert. Ist die Antriebsmaschine ein fremderregter Gleichstrommotor, so
läßt sich die Drehzahleinstellung durch Ansteuerung des Feldstellers realisieren.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen
hervor.
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Anhand der Zeichnung, in der mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung
gezeigt sind, sollen die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und
Weiterbildungen näher erläutert und beschrieben werden.
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Es zeigt: Fig. 1 und 2 je eine Ansicht einer erfindungsgemaßen Umschaltvorrichtung
mit Kurbeltrieb, Fig. 3 eine schematische, perspektivische Darstellung der Schaltpositionen
des Schalthebels, Fig. 4 eine Darstellung der Ganganordnung und der Schaltwege des
Schalthebels, Fig. 5 die Bewegungdrehbahn des Kurbeltriebes, Fig. 6 eine Tabelle,
die die Kurbelwege bei Gangwechsel und die zugehörigen Schaltwege des Schalthebels
angibt, Fig. 7 das Blockschaltbild einer elektrischen Schaltungsanordnung zur Steuerung
eines Stellmotors, Fig. 8 eine Gangerfassung durch Endschalter, Fig. 9 eine Code-Tabelle
der Endschalterstellungen gemäß Fig. 8, Fig. 10 das Blockschaltbild einer Gangerkennungseinrichtung,
Fig. 11,12,13 drei Ansichten einer Umschaltvorrichtung mit Spindeltrieb und Nockenscheibe.
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Die Fig. 1 zeigt die Seitenansicht und die Fig. 2 zeigt die Draufsicht
einer an einem Schaltgetriebe montierten erfindungsgemäßen Umschaltvorrichtung.
Es ist ein Teil des Gehäuses 10 eines Schaltgetriebes dargestellt, welches mit seinem
rechten, antiebsseitigen Flansch 11 mit einer nicht dargestellten Kupplung verbindbar
ist.
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Aus dem Getriebegehäuse 10 ragt eine Schaltwelle 12 heraus, an der
ein Schalthebel 13 befestigt ist.
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Anhand der Schaltwelle 12 kann eine Umschaltung der Gänge des Getriebes
gemäß Fig. 3 erfolgen. Dabei kann die Schaltwelle 12 infolge der Getriebekonstruktion
lediglich gemäß einer Kulissenführung axial verschoben (Pfeil T) und verdreht (Pfeil
S) werden. Eine axiale Verschiebung der Schaltwelle 12 ist nur dann möglich, wenn
sich die Schaltwelle 12 bezüglich ihres Verdrehwinkels in einer Grundposition G
befindet. Eine Verdrehung der Schaltwelle 12 aus dieser Grundposition G um ca. 300
sowohl mit positivem als auch mit negativem Drehsinn kann hingegen nur in zwei bestimmten
axialen Endlagen der Schaltwelle 12 erfolgen. Bei der mittleren Drehstellung (Grundposition
G) befindet sich das Getriebe in Leerlaufstellung. In diesem Fall übertragen die
Zahnräder kein Drehmoment von der Antriebswelle auf die abtriebsseitige Welle des
Getriebes. Wird die in Grundposition G befindliche Schaltwelle 12 bis zu einem Anschlag
aus dem Getriebegehäuse 10 herausgezogen, so lassen sich durch anschließendes Verdrehen
der Schaltwelle 12 nach links oder rechts (Pfeil S) der erste bzw.
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zweite Gang einlegen. Durch Hineinschieben (Pfeil T) der in Grundposition
G befindlichen Schaltwelle bis zu einem zweiten Anschlag und anschließendem Verdrehen
können der dritte bzw. vierte Gang erreicht werden.
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Beim Umschalten des Getriebes läßt sich der Schalthebel
12
nur in einer vorgeschriebenen H-förmigen Schaltbahn bewegen. Diese Schaltbahn wird
durch Fig. 4 skizziert, die den Bewegunsspielraum des freien Schalthebelendes 14
in einer Schaltwegebene und die vier Schalthebelstellungen darstellt. Die mittlere
Schaltweglinie 15 stellt die Leerlaufstellung dar.
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Am Getriebegehäuse 10 ist ein U-förmiger Befestigungsrahmen 16 befestigt.
Der Befestigungsrahmen 16 trägt an seinem linken Schenkelende 17 einen Quersteg
18, welcher durch zwei Schrauben 19, von denen in Fig. 2 nur eine sichtbar ist,
im Bereich des linken Getriebelagers an dem Getriebegehäuse 10 befestigt ist. Das
rechte Schenkelende 20 des Befestigungsrahmens 16 ist durch eine Schraube 21 mit
einer am Getriebegehäuse 10 angeformten Lasche 22 verschraubt.
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Am Befestigungsrahmen 16 ist eine Lagerplatte 23 befestigt, deren
Flächen parallel zur Achse der Schaltwelle 12 ausgerichtet ist. Die Lagerplatte
2w weist eine durch einen Lagerring 24 verstärkte Durchgangsbohrung auf, in der
die Welle 25 eines Kurbeltriebes drehbar gelagert ist. Der Kurbeltrieb besteht aus
der Welle 25, einem Stellhebel 26 und einem am freien Ende des Stellhebels 26 befestigten
Dorn 27. Die Welle 25 trägt einen Klemmring 28, welcher eine axiale Verschiebung
der Welle 25 relativ zur Lagerplatte 23 verhindert. An ihrem freien Ende weist die
Welle 29 eine Bohrung 29 auf, die der Verbindung mit einem nicht dargestellten Stellmotor
dient.
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Bei Verdrehung des Kurbeltriebes durch den Stellmotor läuft das freie
Ende des Dornes 27 auf einer ebenen Kreisbahn um. Die Kreisbahn liegt in etwa in
der Ebene, die durch die Ortskoordinaten des in verschiedenen Schaltste) lungen
befindlichen Schalthebelendes aufge-
spannt wird.
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Das freie Ende des Schalthebels 13 und das freie Ende des Dornes 27
weisen je eine Ringnut auf, in die eine Zugfeder 30 eingehängt ist, welche den Kurbeltrieb
mit dem Schalthebel 13 elastisch verbindet.
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In Fig. 9 ist schematisch die kreisförmige Kurbelbahn mit vier Grundstellungen
A, B, C und D des Kurbeltriebes dargestellt, der mit linkem L oder rechtem R Drehsinn
verstellbar ist. Bei Einnahme der Grundstellung A, die den Fig. 1 und 2 zugrundeliegt,
schließt der Stellhebel 26 mit der Achse der Schaltwelle 12 ein Winkel von 900 ein
und ist parallel zum Befestigungsrahmen 16 ausgerichtet. Bei Verdrehung des Kurbeltriebes
um 1800 wird die Grundstellung B eingenommen, bei der der Stellhebel 26 ebenfalls
parallel zum Befestigungsrahmen 16 liegt.
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Bei Verdrehung aus der Grundstellung A um 900 nach links oder rechts
werden die Grundstellungen C oder D eingenommen, bei denen der Stellhebel 26 parallel
zur Achse der Schaltwelle 12 ausgerichtet ist.
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Durch Verdrehen des Kurbeltriebes kann das Schaltgetriebe in die verschiedenen
Schaltstellungen (Gänge) infolge der Krafteinwirkung der Zugfeder 30 überführt werden.
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Soll beispielsweise das Schaltgetriebe vom ersten Gang in den zweiten
Gang umgeschaltet werden, so wird der Kurbeltrieb aus der Grundstellung A über die
Grundstellung C (Linksdrehung L) in die Grundstellung B verdreht.
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Die Schaltwelle 12 verschiebt sich hierbei axial nicht, sondern wird
lediglich verdreht, in dem der Schalthebel 13 gemäß Fig. 1 um ca. 600 nach links
geschwenkt wird.
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Eine Umschaltung des Schaltgetriebes aus dem zweiten Gang in den dritten
Gang erfordert eine Verdrehung des Kurbelstriebes um 1800 aus der Grundstellung
B über die
Grundstellung D in die Grundstellung A. Etwa mit Erreichen
der Grundstellung D des Kurbeltriebes ist die Schaltwelle in ihre Grundposition
G zurückgedreht, so daß eine Umschaltung aus dem zweiten Gang in die Leerlaufstellung
erfolgt. Damit ist die Schaltwelle axial verschiebbar und wird infolge der Federkraft
der Zugfeder 30 bis zum Anschlag in das Getriebegehäuse 10 hineingezogen. Beim weiteren
Verdrehen des Kurbeltriebes bis in die Grundstellung A wird der Schalthebel 13 nach
links (Fig. 1) verschwenkt und der dritte Gang eingelegt.
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Auf ähnliche Weise ist es möglich, eine Umschaltung des Getriebes
aus einer beliebigen Schaltstellung lediglich durch Verdrehen des Kurbeltriebes
in eine beliebige andere Schaltstellung vorzunehmen.
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In Fig. 6 ist eine Tabelle dargestellt, in der für einige, häufig
vorkommende Gangwechsel die Kurbelwege und die zugehörigen Gestängewege des Schalthebels
13 aufgelistet sind. Es sei erwähnt, daß bei einer Umschaltung vom dritten in den
ersten Gang der Kurbeltrieb ausgehend von der Grundstellung A um 900 nach links
L in die Grundposition C und durch eine Rechtsdrehung R wieder zurück in die Position
A verdreht wird. Dabei wird mit Erreichen der Grundstellung C die Schaltwelle 12
in Leerlaufstellung gebracht und verschiebt sich axial bis zum Anschlag aus dem
Getriebegehäuse 10 heraus. Beim Zurückdrehen des Kurbeltriebes in die Grundstellung
A verdreht sich die Schaltwelle 12 und legt den ersten Gang ein.
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Durch eine Umschaltvorrichtung gemäß den Fig. 1 und 2 läßt sich z.B.
das Handschaltgetriebe eines VW-Golfs vorteilhaft in ein automatisches Getriebe
umrüsten.
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HierfÜr wird lediglich der beim VW-Golf-Getriebe Ub-
liche,
an der Schaltwelle 12 befestigte Schalthebel und die mit diesem verbundenen Gestänge
sowie der Handschalthebel entfernt. AnschlieRend wird die in den Fig.
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1 und 2 gezeigte Umschaltvorrichtung bestehend aus Schalthebel 13,
Zugfeder 30, Kurbeltrieb und Befestigungsrahmen 16 am Getriebe montiert. Die notwendigen
Gewindebohrungen fÜr die Schrauben 19 sowie die Bohrung in der Lasche 22 sind im
Getriebegehäuse 10 des VW-Golf bereits vorhanden. Es ist vorteilhaft bei der Umrüstung
des Getriebes die Rastfedern zu lockern, die ein Einrasten der Gänge bewirken, wenn
die Schaltmittel die entsprechende Schaltstellung einnehmen. Durch das Lösen der
Rastfedern entfällt der mechanische Widerstand, der beim Umschalten eines von Hand
zu betätigenden Getriebes überwunden werden muß. Soll das umgerüstete Getriebe bei
einem Elektroauto eingesetzt werden, kann ein Sperrbolzen in das Getriebe eingesetzt
werden, der den Rückwärtsgang blockiert, da beim Elektroauto Rückwärtsfahrt durch
änderung der Drehrichtung des Antriebsmotors herbeigeführt werden kann.
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Die Fig. 7 zeigt das Blockschaltbild einer elektrischen Schaltungsanordnung
zur Steuerung eines Stellmotors 40, der einen Kurbeltrieb gemäß der Fig. 1 und 2
antreibt.
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Die Schaltungsanordnung besteht im wesentlichen aus einer Gangerkennungnseinrichtung
41, einer Auswerteeinheit 42, einer Steuereinheit 49, zwei Relais 44,45, einer Gleichstromquelle
46-und einem Nockenschalter 47.
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Durch die Gangerkennungseinrichtung 41 wird festgestellt, in welcher
Schaltstellung das Getriebe sich jeweils befindet. Dies kann z.B. entweder durch
Auswertung von Endschalterstellungen gemäß den Fig. 8 und 9 oder durch Messung und
Auswertung der Drehzahlen der antriebsseitigen und abtriebsseitigen Wellen des Schaltgetriebes
gemäß Fig. 10 erfolgen. Eine weitere mögliche
Gangerkennungseinrichtung
41 erfaßt die bei einem Gangwechsel an den Stellmotor 40 abgegebenen Steuersignale
und ermittelt durch Vergleich mit der erfassten Ausgangs-Schaltstellung die neue
Schaltstellung des Getriebes.
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Die Gangerkennungseinrichtung 41 gibt ein Signal, das die Schaltstellung
des Getriebes charakterisiert, an die Auswerteeinheit 42 ab. über einen weiteren
Eingangskanal 50 erhält die Auswerteeinheit 42 eine Information über die akutuelle
Fahrzeuggeschwindigkeit. Diese Information kann z.B. durch Messung der Drehzahl
der Antriebsräder oder abtriebbseitigen Welle des Schaltgetriebes beschafft werden.
Die Auswerteinheit 42, in der die Kennendaten der Antriebsmaschine gespeichert sind,
ermittelt laufend die Getriebeschaltstellung, für die die Antriebsmaschine in einem
optimalen Drehzahlbereich (z.B. mit höchstem Wirkungsgrad oder mit höchster Drehmomentabgabe)
arbeitet. Sie gibt die Information über die tatsächliche und die optimale Getriebeschaltstellung
an die Steuereinheit 43 ab und löst, sofern die tatsächliche und die optimale Getriebeschaltstellung
nicht Ubereinstimmen eine Anzeige 51 (z.B. optisch oder akustisch) im Fahrerraum
des Kraftfahrzeuges aus, das dem Fahrer anzeigt, daß ein Gangwechsel zweckmäßig
und durch Bedienen des Kupplungspedals möglich ist.
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Beim Bedienen der Kupplung wird ein Schaltelement betätigt und dessen
Schaltzustand über eine Kupplungssignalleitung 9.2 an die Steuereinheit 43 gemeldet,
welches entsprechend eines erforderlichen Gangwechsels den Stellmotor 40 ansteuert.
Für eine gewünschte Rechtsdrehung des Stellmotors 40 wird das Relais 44 betätigt
und der Stellmotor 40 an die Gleichstromquelle 46 angeschlossen. Durch Betätigung
des Relais 45 wird der Stellmotor 40 mit umgekehrter Polarität an die Gleich-
stromquelle
46 angeschlossen und dreht links herum.
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Der Gleichstrommotor 40 treibt neben dem in den Figuren 1 und 2 gezeigten
Kurbeltrieb einen Nockenschalter 47 an, der bei Drehung des Stellmotors 40 Schaltimoulse
an die Steuereinheit 43 abgibt. Aus diesen Schaltimpulsen ermittelt die Steuereinheit
43 die Stellung des Kurbeltriebes und stoppt bei Erreichen der Kurbelstellung, bei
der der neue, optimale Gang eingelegt ist, den Stellmotor 40 durch Unterbrechung
der Stromversorgung mittels der Relais 44,45.
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Zur Ermittlung der Leerlaufstellung kann über eine Leerlaufsignalleitung
53 ein Signal in die Steuereinheit 43 eingegeben werden, bei welchem die Steuereinheit
43 über eines der Relais 44 oder 45 den Stellmotor entsprechend ansteuert.
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Die Steuereinheit 43 wirkt während eines Gangwechsels auf die Drehzahlsteuerung
54 der Antriebsmaschine ein, indem sie die aufgrund der Fahrzeuggeschwindigkeit
und des neuen, optimalen Getriebeübertragungsverhältnisses zu erwartende Drehzahl
der antriebsseitigen Getriebewelle ermittelt und diesen Drehzahlwert an die Drehzahlsteuerung
54 weiterleitet. Die Drehzahlsteuerung 54 setzt einen gegebenenfalls wirksamen (z.B.
vom Fahrer eingestellten) Drehzahlstellwert ab und regelt während des Gangwechsels
die Antriebsmaschinendrehzahl auf den durch die Steuereinheit 43 ermittelten Wert.
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Die Fig. 8 zeigt eine Anordnung zur Gangerfassung durch Endschalter
a und b. Jeder Endschalter a, b besteht aus einem Schaltelement 70, welches durch
eine Druckfeder 71 von zwei an Zuleitungen 72 angeschlossenen Kontaktstücken 73
abhebbar list. Das Schaltelement 70 ist durch eine Stange 74 mit einem Schild 7,76
verbunden.
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Wenn der Schalthebel 77 in die Schalthebelstellungen 1.
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oder 3. geschaltet wird, übt der Schalthebel 77 einen Druck auf den
Schild 75 aus, welches die Federkraft der Druckfeder 71 überwindet und den Endschalter
a schließt.
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Auf gleiche Weise wird in den Schalthebelstellungen 1.
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und 2. der Endschalter b geschlossen. Bei den übrigen Schalthebelstellungen
sind die Endschalter a,b geöffnet.
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Als Endschalter können auch handelsüblicher Taster oder Reedkontakte
mit dazugehörigen Permanentmagneten dienen.
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Die Fig. 9 gibt zu der Endschalteranordnung gemäß Fig. 8 eine Code-Tabelle
an, aus der für die Gänge 1. bis 4.
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die Stellungen für die Endschalter a und b entnehmbar sind. Eine 1
steht für einen geschlossenen, eine "O" für einen offenen Endschalter a bzw. b.
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Eine weitere Möglichkeit der Gangerkennung ist durch das in Fig. 10
dargestellte Blockdiagramm gegeben. In Fig.
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10 ist die Antriebsmaschine 80, eine Kupplung 81, ein Schaltgetriebe
82 mit antriebsseitiger Welle 83 und abtriebsseitiger Welle 84 erkennbar. Durch
je ein Dehzahlmeßgerät 8S,86 wird die antriebsseitige und die abtriebsseitige Drehzahl
des Schaltgetriebes 82 gemessen. Die beiden Meßwerte werden je in einem Signalverstärker
87,88 verstärkt und einem Dividierer 89, der den Quotienten aus antriebsseitiger
und abtriebsseitiger Drehzahl berechnet, zugeführt. Dem Dividierer 89 ist ein Decoder
90 nachgeschaltet, in dem aus dem Quotienten die zugehörige Schaltstellung des Schaltgetriebes
82 ermittelt wird. Schließlich wird die Schaltstellung in einem nicht flüchtigen
Speicher 91 registriert und es wird ein entsprechendes Signal durch eine Ausgabeleitung
92 einer Auswerteeinheit 42 (siehe Fig. 7) zugefflhrt.
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Die Fig. 11,12 und 13 stellen ein weiteres Ausführungsbeispiel für
eine erfindungsgemäße Umschaltvorrichtung
in drei verschiedenen
Ansichten dar. Wie bei Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 1 und 2 handelt es sich
auch hier um eine Umschaltvorrichtung für ein Handschaltgetriebe, das anhand einer
aus dem Getriebegehäuse herausragenden, in Grenzen drehbaren und axial verschiebbaren
Schaltwelle betätigbar ist. in den Fig. 11, 12 und 13 ist von dem Schaltgetriebe
lediglich die Schaltwelle 100 des Getriebes dargestellt, die sich ber eine Druckfeder
101 am Getriebegehäuse 102 abstützt.
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Im Unterschied zu den Fig. 1 und 2 besteht die Umschaltvorrichtung
gemäß den Fig. 11,12 und 13 nicht aus einem Kurbeltrieb, der auf beide Bewegungsfreiheitsgrade
der Schaltwelle einwirken, sondern aus zwei Antrieben, von denen der eine die Drehbewegung
der Schaltwelle 100 steuert, während der andere Antrieb gegebenenfalls eine axiale
Verschiebung der Schaltwelle 100 vornimmt.
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Der Antrieb zur Verdrehung der Schaltwelle 100 besteht aus einer durch
einen Stellmotor 103 angetriebenen Spindel 104, deren eines Ende sich in einem Lager
105 abstützt, wobei das Lager 105 ein Verschwenken der Spindel 104 zuläßt. Die Spindel
104 trägt eine Spindelmutter 106, die über ein Drehgelenk 107 mit einem doppelarmig
ausgeführten Schalthebel 108, welcher starr an der Schaltwelle 100 befestigt ist,
verbunden ist. Die Achsen der Spindel 104 und der Schaltwelle 100 schließen einen
Winkel von ca. 900.
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Bei Verdrehen der Spindel 104 mittels Stellmotor 103 bewegt sich die
Spindelmutter 106 längs der SDindelachse und verschwenkt den Schalthebel 108, so
daß eine Verdrehung der Schaltwelle 100 erfolgt, die ihrerseits einen Gangwechsel
vornimmt. Durch eine hier nicht näher beschriebene, auf den Stellmotor 103 einwirkende
elektrische Steuerung läßt sich der Stellhebel 108 in drei
Positionen
verschwenken. In einer linken Position, wie sie der Fig. 11 entnehmbar ist, ist
der erste oder dritte Gang des Getriebes (siehe Fig. 3) eingeschaltet.
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In einer mittleren Position, bei der der Stellhebel 108 mit der Spindel
104 einen Winkel von 900 einschließt, befindet sich das Schaltgetriebe in Leerlaufstellung.
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Und in einer rechten Position ist der zweite und vierte Gang eingeschaltet.
Das Erreichen der Schaltpositionen kann z.B. durch Endschalter oder durch Ermittlung
der Umdrehungszahl des Stellmotors 103 festgestellt und der Steuerung vermittelt
werden.
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Die axiale Verschiebung der Schaltwelle 100 wird durch eine von einem
zweiten Stellmotor 109 angetriebenen Nockenscheibe 110 vorgenommen. Die Nockenscheibe
110 weist im wesentlichen zwei Halbkreise mit verschiedenen Radien auf. Das freie
Schaltwellenende 111 wird durch die Kraft der Druckfeder 101 gegen die Nockenscheibe
110 gedrückt. Durch Verdrehen der Nockenscheibe 110 um 1800 wird die Schaltwelle
100 von einer axialen Position in eine zweite axiale Position verschoben. Durch
eine Steuerung muß sichergestellt werden, daß eine axiale Verschiebung nur dann
erfolgen kann, wenn der Spindeltrieb den Schalthebel 108 in die mittlere Position
gebracht hat. Durch eine axiale Verschiebung der Schaltwelle 100 kann, wie Fig.
3 veranschaulicht, eine Auswahl zwischen dem ersten und zweiten Gang (das Schaltwellenende
111 liegt im Bereich des großen Radius der Nockenscheibe 110 an) oder dem dritten
und vierten Gang (das Schaltwellenende 111 liegt im Bereich des kleinen Radius der
Nockenscheibe 110 an) getroffen werden.
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Die Steuerung der beiden Stellmotoren 103 und 109 kann in ähnlicher
Weise erfolgen, wie dies anhand der Fig. 7 bis 10 erläutert wurde. Im Unterschied
zu Fig. 7 steuert
die Steuereinheit jedoch nicht ein rechtes Relais
44 und ein linkes Relais 45 an, sondern die beiden Stellmotoren 103 und 109.