DE3446430C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung richtet sich auf ein Zahnrad-Schalt­ getriebe gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 1.

Charakteristisch an einem derartigen Schaltgetriebe ist die stirnseitige Kupplungsverzahnung des in der Regel über Wälzlager zu der Antriebswelle distanzierten Losrads sowie die mit einer an die Kupplungsverzahnung angepaßten Gegenverzahnung versehene und auf der Antriebswelle drehfest angeordnete Schaltmuffe, welche mit dem Losrad kraftübertra­ gend verbunden werden kann. Bei der Kupplungsverzahnung kann es sich beispielsweise um eine Außenverzahnung handeln, wobei dann die Schaltmuffe mit einer Innenverzahnung versehen ist. Wird die Kupplungsverzahnung als Innenverzahnung gestaltet, weist die Schaltmuffe eine Außenverzahnung auf. Ferner ist es möglich, eine außenverzahnte Kupplungsverzahnung zu bom­ bieren oder die Kupplungsverzahnung mit einer konischen Innenverzahnung auszuführen, damit ein Herauswandern der Gegenverzahnung während des Betriebs verhindert wird.

Die Anzahl der Drehzahlstufen eines solchen Schalt­ getriebes ist gering. Meistens wird die Schaltmuffe zwischen zwei auf der Antriebswelle drehbar gelagerten Losrädern hin und her bewegt, die dann mit entsprechenden Gegenzahnrädern in Eingriff stehen, welche auf der Abtriebswelle drehfest angeordnet sind.

Die Schalthäufigkeit des Getriebes hält sich in Grenzen. Die Schaltmuffe kann auf hydraulischem, pneumatischem, magnetischem oder elektromagnetischem Wege verlagert werden. Auch ist eine Kombination dieser Verlagerungsmöglichkeiten denkbar. Das Schalten erfolgt, wenn möglich, im Stillstand, sonst innerhalb eines begrenzten Drehzahlbereichs beim An­ lauf des Getriebes bzw. bei seinem Auslauf. Grund hierfür sind die in den meisten Fällen großen Schwungmassen der mit der Antriebswelle verbundenen Bauteile.

Unabhängig davon, auf welche Weise die Schaltmuffe auf der Antriebswelle verlagert wird, kann es nun vorkommen, daß die Zähne der Gegenverzahnung und die Zähne der Kupplungs­ verzahnung voreinander stehen. Es ist dann notwendig, den Schaltvorgang nach kurzem Anlauf zu wiederholen, um die Gegenverzahnung in die Kupplungsverzahnung einführen zu können. Dieser Vorgang ist unter Umständen aber noch mehrmals zu wiederholen. Folglich ist ein solcher Kupplungsvorgang insbesondere dann umständlich und zeitaufwendig, wenn bei Zahnrad-Schaltgetrieben mit größeren Abmessungen erhebliche Massen bewegt werden müssen. Darüber hinaus kann es bei häu­ figen Schaltvorgängen zu Beschädigungen der miteinander in Eingriff zu bringenden Verzahnungen kommen. Diese Beschädigun­ gen können einen solchen Umfang annehmen, daß es schließlich überhaupt nicht mehr möglich ist, einen Schaltvorgang ordnungs­ gemäß durchführen zu können. Ferner ist auch der Energiever­ brauch für den mehrmaligen Versuch, die Verzahnungen in Ein­ griff zu bringen, ein erheblicher Mangel, weil er sich in der Praxis merklich in höheren Betriebskosten niederschlägt.

Durch die DE-PS 30 02 309 wird dem Fachmann die Lehre vermittelt, die zwei Zähnezahlen einer Schaltstufe in einem genau vorbestimmten Verhältnis einander zuzuordnen, wobei dann aufgrund dieses Verhältnisses eine vorausbestimmbare Anzahl der möglichen Schaltstellungen pro Umdrehung gegeben ist. Ist diese Anzahl eine ganze Zahl, so lassen sich auf einer Positionierscheibe eine dementsprechende Anzahl gleich­ mäßig am Umfang verteilter Markierungen vorsehen, die über geeignete Hilfseinrichtungen den Schaltvorgang auslösen können.

Das bekannte Getriebe kann also nur dann in der gewünschten Weise funktionieren, wenn unmittelbar aus einer Schaltstufe in eine andere Schaltstufe gewechselt wird. Hier­ bei darf eine Leerlaufstellung nicht vorhanden sein. Eine Leerlaufstellung würde nämlich zur Folge haben, daß mit her­ kömmlichen Mitteln keine definierbare Beziehung zwischen den momentanen Stellungen der Losräder einerseits und der Schaltverzahnung andererseits hergestellt werden kann. Ein Schalten bei laufendem Getriebe, insbesondere beim Anlauf des Getriebes aus einer Leerlaufstellung heraus, erscheint nicht möglich.

Im Rahmen der DE-PS 23 43 711 wird zwingend voraus­ gesetzt, daß die Drehzahlen der Wellen, auf denen die mitein­ ander zu kuppelnden Zahnräder befestigt sind, unter Berück­ sichtigung der Übersetzungsverhältnisse auch übereinstimmen. Es werden also ausschließlich die Drehzahlen der Zahnradwellen gemessen und miteinander verglichen, indessen nicht die rela­ tiven Zahnstellungen. Dieser Sachverhalt ist mithin - wie auch bei rein mechanischen Kupplungen - mit dem Mangel ver­ bunden, daß selbst bei übereinstimmender Drehzahl dennoch ohne weiteres Zahn vor Zahn stehen kann und damit ein Schal­ ten ausgeschlossen ist. Erst wenn sich die miteinander in Eingriff zu bringenden Zähne weiter relativ zueinander verdreht haben, ist unter Berücksichtigung der Gestaltung der Stirnseiten der Zähne ein Eingriff möglich. Hiermit ist aber der Nachteil ver­ bunden, daß aufgrund der aneinanderreibenden Stirnseiten der Zahnverschleiß unerwünscht hoch ist.

Die DE-AS 23 61 474 offenbart einen Vorschlag, bei dem ebenfalls lediglich die Drehzahlen der Wellen ermittelt und miteinander verglichen werden. Damit ist aber nicht zu gewährleisten, daß während des Getriebelaufs die Zähne der Kupplungsverzahnung exakt vor die Lücken der Gegenverzahnung gebracht werden können und dann ein problemloses Schalten möglich ist.

Im Hinblick auf die FR-PS 12 81 407 ist festzustel­ len, daß auch bei diesem Vorschlag nur die Drehzahl der Wellen bzw. die Umfangsgeschwindigkeiten der miteinander in Eingriff zu bringenden Zahnräder gemessen werden.

Schließlich zählt es zum Stand der Technik, Tast­ elemente, wie Sensoren, zur Ermittlung einer Wellenstellung oder Wellengeschwindigkeit in Getrieben zu verwenden. Auch Mikroprozessoren sind an sich im Getriebebau gängige Hilfsmittel.

Der Erfindung liegt, ausgehend von der im Oberbe­ griff des Anspruchs 1 beschriebenen Bauart, die Aufgabe zu­ grunde, Maßnahmen vorzuschlagen, welche unter Berücksichtigung der Kriterien Problemlosigkeit, Einfachheit, geringe Bau­ größe und Kostenminimierung das Einkuppeln der an der Schalt­ muffe vorgesehenen Gegenverzahnung in die Kupplungsverzahnung am Losrad auf eine Art und Weise sicherstellen, die eine Wiederholung eines einmal eingeleiteten Schaltvorgangs ent­ behrlich macht.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in dem im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmalen.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, auf elektronischem Wege exakt die Stellungen des Losrads und der Schaltmuffe zu ermitteln, in denen die Zähne der Gegenver­ zahnung vor den Lücken der Kupplungsverzahnung und die Zähne der Kupplungsverzahnung vor den Zahnlücken der Gegenverzahnung stehen, so daß ein einmaliger problemloser Schaltvorgang möglich wird. Zu diesem Zweck werden Sensoren so angeordnet, daß sie direkt oder indirekt die Zahnstellungen der Schalt­ muffe und der Kupplungsverzahnung ertasten und diese in Form von Impulsen an einen frei, d. h. wahlweise programmierbaren Mikroprozessor weiterleiten. Der Mikroprozessor ist im ein­ fachsten Fall derart programmiert, daß er aufgrund der ihm zugeleiteten Impulse erkennt, wann die Position "Zahn-auf- Lücke" gegeben ist, um dann die Schalteinheit dahingehend zu beeinflussen, die Schaltmuffe im Einrastsinn zu verlagern. Der Schaltvorgang soll jedoch, insbesondere beim Anlauf des Getriebes, nur innerhalb eines Drehzahlbereichs erfolgen, der ein Schalten ohne Last gewährleistet. Ein derartiger Dreh­ zahlbereich kann am Mikroprozessor ebenfalls ohne weiteres eingestellt werden. Erhält der Mikroprozessor den Schaltbe­ fehl im Stillstand des Getriebes oder außerhalb des vorpro­ grammierten Drehzahlbereichs, können solche Schaltbefehle nicht berücksichtigt werden. Es kann auch nur von einer Schalt­ stufe in die andere geschaltet werden. Außerdem kann in dem Mikroprozessor die mechanische Trägheit der Schalteinheit und/ oder der Schaltmuffe berücksichtigt werden. Ferner ist es pro­ blemlos möglich, die Verzögerungen beim Auslauf bzw. die Be­ schleunigungen beim Anlauf des Getriebes einzuprogrammieren. So ist der Mikroprozessor beispielsweise in der Lage, nach erstmaliger Erkennung der Stellung "Zahn-auf-Lücke" nicht sofort die Schalteinheit zu aktivieren, sondern dies erst bei der nächsten Übereinstimmung unter Berücksichtigung der vor­ stehend erwähnten Plausibilitäten auszuführen.

Die Erfindung schafft mithin die Voraussetzungen da­ für, daß unabhängig von der Art und Weise der Kraftbeauf­ schlagung der Schaltmuffe diese nur dann verlagert wird, wenn Antriebswelle und Abtriebswelle in einem bestimmten Drehzahl­ bereich rotieren und unter Berücksichtigung der Trägheit der jeweiligen Schalteinheit sowie der Beschleunigung der An­ triebswelle beim Anlauf bzw. der Verzögerung beim Auslauf die Zähne der Gegenverzahnung vor den Zahnlücken der Kupplungs­ verzahnung und deren Zähne vor den Zahnlücken der Gegenver­ zahnung stehen. Ein zwei- oder sogar mehrmaliger Schaltvor­ gang entfällt. Beschädigungen durch häufiges Schalten können nicht mehr eintreten. Die Lebensdauer des Getriebes wird er­ höht. Der Energieverbrauch wird erheblich gesenkt, da kein mehrmaliges Einfädeln der Verzahnungen mehr notwendig ist.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung be­ steht in den Merkmalen des Anspruches 2. Durch diesen Aufbau befinden sich im Inneren des Getriebegehäuses keine empfind­ lichen Schaltelemente mehr. Alle Teile für einen einwand­ freien Schaltvorgang sind außerhalb des Getriebegehäuses an­ bringbar und somit kontrollierbar. Damit ist ein nachträg­ licher Anbau an bestehende Getriebe möglich. Der Aufbau kann wartungsfreundlich und kostengünstig erfolgen.

Werden die Zahn- oder Lochscheiben auf der Abtriebs­ welle des Schaltgetriebes befestigt, so müssen die Zahn- oder Lochscheiben dieselbe Zähnezahl haben, wie die kraftüber­ tragenden Gegenzahnräder oder sie besitzen ein entsprechend mathematisches Vielfaches. Dieselbe Bedingung trifft natür­ lich auch für die auf der Antriebswelle zu befestigende Zahn- oder Lochscheibe zu, die das Zahnbild der Gegenverzahnung abbildet. Übersetzungsverhältnisse können problemlos am Mikroprozessor eingegeben werden.

Die Merkmale des Anspruchs 3 haben den Vorteil, daß Schaltbefehle, die nicht im definierten Drehzahlbereich liegen, gespeichert und erst dann ausgeführt werden, sobald An- und Abtriebswelle sich in dem festgelegten Drehzahlbe­ reich bewegen.

Schließlich ermöglicht es die Erfindung, das Aus­ führen der Schaltbefehle durch entspechend angeordnete Endschalter zu überprüfen.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher er­ läutert.

Mit 1 ist ein Schaltgetriebe bezeichnet, das sche­ matisch im vertikalen Längsschnitt veranschaulicht ist.

In den Seitenwänden 2 des Getriebegehäuses 3 ist eine Antriebswelle 4 drehbar gelagert, deren Antriebszapfen 5 mindestens mittelbar unter den Einfluß eines Motors gestellt ist. Auf der Antriebswelle 4 sind zwei Zahnräder 6, 7 mit den Zähnezahlen Z ₁ und Z ₂ drehbar, jedoch axial unverschiebbar gelagert.

Zwischen den Zahnrädern 6, 7 ist eine Schaltmuffe 8 drehfest, jedoch axial verschiebbar auf der Antriebswelle 4 angeordnet. Die Schaltmuffe 8 steht unter dem Einfluß eines Stellzylinders 9, der über eine Leitung 10 mit einer Schalt­ einheit 11 verbunden ist.

Die Schaltmuffe 8 besitzt zwei Gegenverzahnungen 12, die mit Kupplungsverzahnungen 13 an den Losrädern 6, 7 wahl­ weise in Eingriff gebracht werden können.

Die Zahnräder 6, 7 stehen mit zwei Gegenzahnrädern 14, 15 mit den Zähnezahlen Z ₃ und Z ₄ in Eingriff, welche so­ wohl drehfest als auch axial unverschieblich auf einer Ab­ triebswelle 16 angeordnet sind. Die Abtriebswelle 16 ist eben­ falls in den Gehäusewänden 2 drehbar gelagert. Die Lagerungen sind mit 17 bezeichnet. Der Abtriebszapfen 18 ist aus dem Gehäuse 3 herausgeführt.

Auch das andere Ende 19 der Abtriebswelle 16 ist aus dem Gehäuse 3 herausgeführt. Auf diesem Wellenende 19 sind zwei Zahnscheiben 20, 21 befestigt, deren Zähnezahl der Zähne­ zahl Z ₃ bzw. Z ₄ der Gegenzahnräder 14, 15 entspricht.

Den Zahnscheiben 20, 21 sind Sensoren 22, 23 zuge­ ordnet, welche die jeweilige Zahnstellung der Gegenzahnräder 14, 15 und über das Übersetzungsverhältnis Z ₁ : Z ₃ bzw. Z ₂ : Z ₄ auch die Zahnstellungen der Losräder 6, 7 ertasten und über die Leitungen 24, 25 entsprechende Impulse an einen Sensorver­ stärker 26 weiterleiten.

Darüber hinaus ist zu erkennen, daß auch das zweite Wellenende 27 der Antriebswelle 4 aus dem Gehäuse 3 herausge­ führt ist. Auf diesem Wellenende 27 ist eine Zahnscheibe 28 befestigt, deren Zähnezahl der Zähnezahl Z ₅ der Schaltmuffe 8 entspricht. Auch der Zahnscheibe 28 ist ein Sensor 29 zuge­ ordnet, der über eine Leitung 30 mit dem Sensorverstärker 26 verbunden ist. Der Sensorverstärker 26 leitet die von den Sensoren 22, 23, 29 kommenden Impulse verstärkt an einen wahlweise programmierbaren Mikroprozessor 31 weiter. Der Mikro­ prozessor 31 ist einerseits mit der Schalteinheit 11 über die Leitung 32 verbunden und andererseits an das Netz angeschlossen. Der Mikroprozessor 31 besitzt die Schaltstellungen I und II sowie die Leerlaufstellung 0.

Mit Hilfe der dargestellten Anordnung können auf elektronischem Wege exakt die Stellungen der Losräder 6, 7 und der Schaltmuffe 8 ermittelt werden, in denen die Zähne der Gegenverzahnungen 12 vor den Lücken der Kupplungsver­ zahnungen 13 und die Zähne der Kupplungsverzahnungen 13 vor den Zahnlücken der Gegenverzahnungen 12 stehen. Dies wird dadurch erreicht, daß die den Zahnscheiben 20, 21, 28 zuge­ ordneten Sensoren 22, 23, 29 die Zahnstellungen an den Mikroprozessor 31 weiterleiten, welcher derart programmiert ist, daß er aufgrund der ihm zugeleiteten Impulse erkennt, wann die Position "Zahn-auf-Lücke" gegeben ist. Außerdem ist der Mikroprozessor 31 auf einen bestimmten Drehzahlbereich in der Anlauf- bzw. Auslaufposition programmiert. Stellt der Mikroprozessor 31 nach dem Betätigen der Schaltstellung I oder der Schaltstellung II fest, daß eine Stellung "Zahn-auf- Lücke" erreicht ist, so wartet er noch einmal ab, bis die nächste Übereinstimmung vorliegt und aktiviert dann unter Berücksichtigung der Schaltträgheit der Schalteinheit 11, 9 sowie der Beschleunigung beim Anlauf bzw. Verzögerung beim Auslauf die Schalteinheit 11, welche dann extra zum richtigen Zeitpunkt die Gegenverzahnungen 12 an der Schaltmuffe 8 mit den Kupplungsverzahnungen 13 an den Losrädern 6, 7 in Über­ einstimmung bringt.

Claims (3)

1. Zahnrad-Schaltgetriebe, das mindestens ein auf einer Antriebswelle drehbar gelagertes verzahntes Losrad mit einer stirnseitigen Kupplungsverzahnung und eine auf der Antriebswelle drehfest angeordnete, durch eine Schalteinheit axial verlagerbare Schaltmuffe mit einer in die Kupplungs­ verzahnung einführbaren Gegenverzahnung aufweist, wobei das Losrad mit einem auf einer Abtriebswelle drehfest angeordneten Gegenzahnrad in Eingriff steht und die Schalteinheit bei Auf­ treten der Stellung "Zahn-auf-Lücke" im Einrastsinn aktivier­ bar ist, dadurch gekennzeichnet, daß dem Losrad (6, 7) und der Schaltmuffe (8) deren jeweilige Zahnstellungen abtastende und an einen die Stellung "Zahn- auf-Lücke" von Kupplungsverzahnung (13) und Gegenverzahnung (12) in Abhängigkeit eines vorprogrammierten Drehzahlbereichs der Antriebswelle (4) und der Abtriebswelle (16) mindestens beim Anlauf ermittelnden Mikroprozessor (31) weiterleitende Sensoren (22, 23, 29) wenigstens mittelbar zugeordnet sind, wobei die Aktivierung der Schalteinheit (11) nach Ermittlung der Stellung "Zahn-auf-Lücke" durch den Mikroprozessor (31) erfolgen kann.

2. Zahnrad-Schaltgetriebe nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß die Antriebs­ welle (4) und die Abtriebswelle (16) jeweils außerhalb des Getriebegehäuses (3) mit auf die Zähnezahl der Gegenverzahnung (12) bzw. auf die Zähnezahl des Losrads (6, 7) oder des Ge­ genzahnrades (14, 15) abgestimmten, von den Sensoren (22, 23, 29) abgetasteten Zahn- oder Lochscheiben (20, 21, 28) ver­ sehen sind.

3. Zahnrad-Schaltgetriebe nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß der Mikro­ prozessor (31) mit einem Speicher versehen ist.