DE4007120A1 - Zahnrad-wechselgetriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Zahnrad-Wechselgetriebe für Fahr­ zeuge gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Herkömmliche Zahnrad-Wechselgetriebe, wie sie beispielsweise aus der DE-OS 19 46 219 bekannt sind, weisen in der Regel ein Betätigungssystem auf, das im wesentlichen aus einer in ihrer Längsrichtung verschiebbaren und in ihrer Umfangsrichtung ver­ drehbaren Schaltwelle besteht. Die Gangwahl erfolgt in der Regel durch einen Handschalthebel der gegebenenfalls unter Zwischenschaltung von Übertragungsgliedern mit der Schaltwelle verbunden ist. Ein mit der Schaltwelle drehfest verbundener Schaltfinger wird durch die Betätigung des Handschalthebels zunächst mit einer Längsbewegung in eine Schaltgasse geschoben und dann zum Einlegen des gewünschten Ganges um die Achse der Schaltwelle verdreht. Derartige Gangschalteinrichtungen sind wegen ihrer Robustheit und Zuverlässigkeit im Kraftfahrzeugbau weit verbreitet. Nachteilig ist jedoch, daß insbesondere bei Schaltvorgängen, die einen Wechsel der Schaltgasse erfordern, die Schaltzeit durch die axiale Verschiebebewegung der Schalt­ welle verlängert wird. Dadurch wird auch die Zugkraftunterbre­ chung im Zahnrad-Wechselgetriebe verlängert, was im Hinblick auf den Schaltruck besonders dann als nachteilig anzusehen ist, wenn das Zahnrad-Wechselgetriebe nach der in der DE-OS 35 13 279 beschriebenen Art einen herkömmlichen Getriebeautomaten ersetzt.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, für Zahnrad-Wechselgetriebe ein Betätigungssystem zu schaffen, das im Vergleich zu Betätigungssystemen herkömmlicher Zahnrad- Wechselgetriebe eine erhebliche Verringerung der Schaltzeiten ermöglicht.

Diese Aufgabe wird gelöst durch das kennzeichnende Merkmal des Patentanspruchs 1. Die Unteransprüche enthalten zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung und betreffen insbesondere kon­ struktive Merkmale, die einen kompakten und funktionssicheren Aufbau des erfindungsgemäßen Betätigungssystems gewährleisten.

Erfindungsgemäß wird also eine erhebliche Verringerung der Schaltzeit dadurch erreicht, daß innerhalb des Betätigungssy­ stems jeder Schaltgabel ein hilfskraftbetätigbarer Aktuator zugeordnet ist. Abweichend vom Stand der Technik entfällt also die zeitaufwendige Schaltgassenauswahlbewegung. Ein weiterer Vorteil bei der Gestaltung des erfindungsgemäßen Zahnrad-Wechsel­ getriebes ist darin zu sehen, daß auf die aus Sicherheitsgrün­ den notwendige und konstruktiv nicht ganz unproblematische Schaltwellenarretierung verzichtet werden kann.

In der Zeichnung ist ein besonders vorteilhaftes Ausführungs­ beispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1: einen Längsschnitt durch ein Betätigungssystem, das in einer Gehäusewand des Zahnrad-Wechsel­ getriebes angeordnet ist und

Fig. 2: eine Ansicht des in Fig. 1 dargestellten Betätigungssystems aus der Pfeilrichtung A.

In beiden Figuren sind identische Bauteile gleich beziffert.

Man erkennt in Fig. 1 das insgesamt mit 1 bezeichnete Betäti­ gungssystem, das als kompakte Einheit im wesentlichen von einem Wellenträgergehäuse 2 und einem Gehäusedeckel 3 umschlossen wird. Das Wellenträgergehäuse 2 durchdringt eine Getriebege­ häusewand 4 und ist gegen diese mit einem Flüssigkeitsdicht­ element 5 abgedichtet. Innerhalb des Wellenträgergehäuses 2 und des Gehäusedeckels 3 sind Schaltwellen S 1, S 2, S 3 konzen­ trisch ineinander verschachtelt und über Wälzlager gegenein­ ander verdrehbar. Festlager sind hier die Kugellager LK 1, LK 2, LK 3. Die Loslagerung der Schaltwellen S 1, S 2, S 3 erfolgt über Nadellager LN 1, LN 2, LN 3. Zwischen den Schaltwellen S 1, S 2, S 3 und dem Wellenträgergehäuse 2 sind Dichtelemente D 1, D 2, D 3 angeordnet, die zusammen mit dem Flüssigkeitsdichtelement 5 verhindern, daß innerhalb des Getriebegehäuses 4 befindliches Öl nach außen tritt. Die in der Zeichnung oberen Wellenenden der Schaltwellen S 1, S 2, S 3 weisen Schaltfinger FA 1, FA 2, FA 3 auf, die durch zugehörige Aktuatoren A 1, A 2, A 3 beaufschlagbar sind. Demgegenüber weisen die unteren Wellenenden beispielsweise durch Schmieden angeformte Schaltfinger FG 1, FG 2, FG 3 auf, durch die Schaltgabeln G 1, G 2, G 3 betätigbar sind. Das hier dargestellte Betätigungssystem 1 ist Bestandteil eines Zahnrad- Wechselgetriebes, das fünf Vorwärtsgänge aufweist. Mit der Schaltgabel G 1 sind der erste oder zweite Gang, mit der Schalt­ gabel G 2 der dritte oder vierte Gang und mit der Schaltgabel G 3 der fünfte Gang einlegbar. Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf ein Fünfgang-Getriebe beschränkt ist.

In Fig. 2 wird am Beispiel des Aktuators A 1 der Aufbau der Aktuatoren A 1, A 2, A 3 näher erläutert. Wesentlicher Bestand­ teil des Aktuators A 1 ist ein mit einer Ausnehmung 6 versehener zylindrischer Kolben 7. Dieser ist in Sackbohrungen 8 a, 8 b der Kolbengehäuse 9 a, 9 b geführt und bildet mit seinen Stirn­ flächen und den Wandungen der Sackbohrungen 8 a, 8 b Druckbeauf­ schlagungsräume 10 und 11. Über Zuleitungen 12 und 13 sind die Druckbeaufschlagungsräume 10, 11 mit hydraulischen oder pneumatischen - in der Zeichnung nicht dargestellten - Druck­ erzeugern verbunden. Der Übersichtlichkeit halber sind die Schaltwellen S 2 und S 3 nur mit ihren Querschnittsmittenlinien angedeutet. Die um einen Anlenkpunkt 15 schwenkbare Schalt­ gabel G 1 weist eine Ausnehmung 14 auf, in die der schaltgabel­ seitige Schaltfinger FG 1 hineinragt. Das dem Schaltfinger FG 1 gegenüberliegende Ende der Schaltgabel ist mit einer Schiebe­ muffe verbunden, die zur Herstellung des Formschlusses im Zahn­ rad-Wechselgetriebe mit Gangzahnrädern 17 und 18 durch eine Schwenkbewegung der Schaltgabel G 1 verschiebbar ist.

Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels wird mit einer Zusammenschau der Fig. 1 und 2 näher erläutert.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Position des Kolbens 7 befindet sich die Schaltgabel G 1 in Neutralstellung, das heißt, daß weder der erste noch der zweite Gang eingelegt ist. In diesem Zustand sind die Druckbeaufschlagungsräume 10, 11 drucklos. Die Neutralstellung des Kolbens 7 kann vorzugsweise durch eine Vorrichtung gemäß der nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung DE-38 19 318 sichergestellt werden. Wenn beispielsweise der zweite Gang eingelegt werden soll, muß über die Zuleitung 13 dem Druckbeaufschlagungsraum 11 Druckmedium zugeführt werden. Die durch das Druckmedium auf den Kolben 7 ausgeübte Druck­ kraft bewegt den Kolben 7 bis zum Anschlag an den Boden der Sackbohrung 8 b. Durch diesen Anschlag ist bei eingelegtem zweiten Gang die Position des Kolbens 7 eindeutig festgelegt. Die Ver­ schiebung des Kolbens 7 in Pfeilrichtung B bewirkt eine Ver­ drehung der Schaltwelle S 1 in Pfeilrichtung C und eine Ver­ drehung der Schaltgabel G 1 um den Anlenkpunkt 15 in Pfeilrich­ tung D. Die Verdrehung der Schaltgabel G 1 führt wiederum eine Axialverschiebung der Schiebemuffe 16 in Pfeilrichtung E herbei und stellt somit im zweiten Gang einen Formschluß zwischen An- und Abtrieb her.

Zum Hochschalten vom zweiten in den dritten Gang wird im Aktua­ tor A 1 lediglich die Druckbeaufschlagung im Druckbeaufschla­ gungsraum 11 aufgehoben. Durch die zuvor bereits erwähnte Gang­ neutralstellungsvorrichtung wird der Kolben 7 dann selbsttä­ tig in die Neutralstellung entgegen der Pfeilrichtung B zurück­ bewegt. Mit in der Zeichnung nicht dargestellten Schaltelemen­ ten, die in besonders vorteilhafter Weise gemäß der ebenfalls nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung DE 38 18 863 ausge­ bildet sind, wird die Neutralstellung überwacht. Im dritten Gang wird der Formschluß dann durch eine im Aktuator A 2 erfol­ gende Druckbeaufschlagung hergestellt. Die Druckabsteuerung im Aktuator A 1 und die Druckansteuerung im Aktuator A 2 können unter Berücksichtigung der Geschwindigkeit für die Neutralstel­ lungsbewegung von einer automatischen Steuereinrichtung so aufeinander abgestimmt werden, daß der Formschluß im dritten Gang unmittelbar nach Aufhebung des Formschlusses im zweiten Gang hergestellt werden kann. Die Zugkraftunterbrechung während des Hochschaltvorganges ist dann minimal.

Beim Herunterschalten vom zweiten in den ersten Gang muß am Aktuator A 1 die Druckbeaufschlagung in der Sackbohrung 8 a auf­ gehoben und in der Sackbohrung 8 b über die Zuleitung 12 einge­ leitet werden.

Von besonderer Bedeutung ist bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel die Anordnung der Wälzlager. Wie zuvor schon beschrieben ist jede Schaltwelle S 1, S 2, S 3 jeweils mit einem Kugellager LK 1, LK 2, LK 3, das vergleichsweise hohe radiale und axiale Kräfte aufnehmen kann, und mit einem hinsichtlich seiner radialen Lagerbreite äußerst flach bauenden Nadellager LN 1, LN 2, LN 3 gelagert. Die Lagerkonstruktion ist nun so ausge­ führt, daß an den Wellenenden Nadel- und Kugellager einander abwechseln. Dadurch wird eine äußerst kompakte Schachtelung der Schaltwellen S 1, S 2, S 3 und des Wellenträgergehäuses 2 erzielt.

Hervorzuheben ist auch, daß der von dem Gehäusedeckel 3 umschlos­ sene und die Aktuatoren A 1, A 2, A 3 enthaltende Raum gegen das Innere des Getriebegehäuses 4 durch die Flüssigkeitsdichtelemente D 1, D 2, D 3 und 5 abgedichtet ist. Eine solche Abdichtung ermög­ licht eine getrennte Ölversorgung für die Aktuatoren einerseits und für eine Getriebeölschmierung andererseits. Aktuatoren und Getriebeölschmierung benötigen also keinen gemeinsamen Ölsumpf, so daß die im Zahnrad-Wechselgetriebe auftretende Verschmutzung des Getriebeöls keinen negativen Einfluß auf die Funktionssicherheit der Aktuatoren A 1, A 2, A 3 ausüben kann. Außerdem erlaubt die Trennung der Ölkreisläufe eine gezielte Auswahl der für den jeweiligen Anwendungsfall besonders geeigne­ ten Öle.

Ein weiterer Vorteil des in der Zeichnung dargestellten Aus­ führungsbeispiels ist darin zu sehen, daß das kompakte Betäti­ gungssystem 1 ohne großen konstruktiven Aufwand in bereits vorhandene Zahnrad-Wechselgetriebekonzepte integriert werden kann. Die Erfindung ist allerdings nicht auf das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Bei einer anderen - in der Zeichnung nicht dargestellten - Ausgestaltung der Erfindung ist das die Aktuatoren A 1, A 2, A 3 aufweisende Betäti­ gungssystem innerhalb des Getriebegehäuses angeordnet und be­ aufschlagt die Schaltgabel G 1, G 2, G 3 oder gar die Schiebemuf­ fen 16 direkt. Die Schaltwellen S 1, S 2, S 3 oder gegebenenfalls sogar die Schaltgabeln G 1, G 2, G 3 entfallen also vollständig. Die Ansteuerung der Aktuatoren A 1, A 2, A 3 kann vollautomatisch über eine programmierbare Steuereinheit oder halbautomatisch über einen Handschalthebel erfolgen, an dem beispielsweise elektrische, hydraulische oder pneumatische Schaltelemente zur Beaufschlagung der Aktuatoren A 1, A 2, A 3 angeordnet sind. Diese automatischen oder halbautomatischen Gangwahleinrichtungen sind mit den zuvor beschriebenen Betätigungssystemen beliebig kombinierbar. Alle Kombinationen von Gangwahleinrichtungen und Betätigungssystemen ermöglichen die in der Aufgabenstellung der Erfindung geforderte Schaltzeitverkürzung.

Claims (17)

1. Zahnrad-Wechselgetriebe für Fahrzeuge mit einem Betätigungs­ system für Schaltgabeln (G 1, G 2, G 3), die jeweils einem Gang oder Gangpaar zugeordnet sind, und mit einer das Be­ tätigungssystem beaufschlagenden Gangwähleinrichtung, da­ durch gekennzeichnet, daß innerhalb des Betätigungssystems jeder Schaltgabel (G 1, G 2, G 3) jeweils ein hilfskraftbe­ tätigbarer Aktuator (A 1, A 2, A 3) zugeordnet ist.

2. Zahnrad-Wechselgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Gangwähleinrichtung eine automatische Steuer­ einrichtung ist, durch die die hilfskraftbetätigbaren Aktua­ toren (A 1, A 2, A 3) getrennt voneinander über Signalübertra­ gungsleitungen ansteuerbar sind.

3. Zahnrad-Wechselgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwischen jeder Schaltgabel (G 1, G 2, G 3) und dem jeweils zugeordneten Aktuator (A 1, A 2, A 3) eine Schalt­ welle (S 1, S 2, S 3) angeordnet ist.

4. Zahnrad-Wechselgetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß das Zahnrad-Wechselgetriebe ein Getriebegehäuse (4) aufweist, an dessen Außenseite die Aktuatoren (A 1, A 2, A 3) angeordnet sind und das zur Betätigung der innenliegenden Schaltgabeln (G 1, G 2, G 3) von den Schaltwellen (S 1, S 2, S 3) durchdrungen ist.

5. Zahnrad-Wechselgetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schaltwellen (S 1, S 2, S 3) konzentrisch ineinander verschachtelt sind.

6. Zahnrad-Wechselgetriebe nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schaltwellen (S 1, S 2, S 3) in einem Wel­ lenträgergehäuse (2) gelagert sind.

7. Zahnrad-Wechselgetriebe nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jede Schaltwelle (S 1, S 2, S 3) schaltgabel­ seitig und aktuatorseitig in Ausnehmungen (14, 6) der Schalt­ gabel und des Aktuators hineinreichende Schaltfinger (FG 1, FG 2, FG 3; FA 1, FA 2, FA 3) aufweist.

8. Zahnrad-Wechselgetriebe nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schaltfinger und die Schaltwellen jeweils einteilig ausgeführt sind.

9. Zahnrad-Wechselgetriebe nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Aktuatoren (A 1, A 2, A 3) im wesentlichen einen zylindrischen Kolben (7) aufweisen, der zur Aufnahme des entsprechenden Schaltfingers (FA 1, FA 2, FA 3) mit einer Ausnehmung (6) versehen ist und der in Abhängigkeit von den Signalen der Steuereinrichtung durch Druckbeaufschla­ gung an jeweils einer der beiden Stirnseiten aus einer Neu­ tralstellung heraus, in der von der jeweilig zugeordneten Schaltgabel (G 1, G 2, G 3) kein Gang eingelegt ist, gegen die Rückstellkraft mindestens eines Federelementes betätig­ bar ist.

10. Zahnrad-Wechselgetriebe nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß den Aktuatoren (A 1, A 2, A 3) Schaltelemente zur Überwachung der Neutralstellung zugeordnet sind.

11. Zahnrad-Wechselgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schaltgabeln durch innerhalb des Getrie­ begehäuses angeordnete Aktuatoren direkt beaufschlagbar sind.

12. Zahnrad-Wechselgetriebe nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwischen den Schaltwellen (S 1, S 2, S 3) Flüs­ sigkeitsdichtungselemente (D 1, D 2) vorgesehen sind.

13. Zahnrad-Wechselgetriebe nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwischen der äußersten Schaltwelle (S 3) und dem Wellenträgergehäuse (2) ein Flüssigkeitsdichtungsele­ ment (D 3) angeordnet ist.

14. Zahnrad-Wechselgetriebe nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwischen dem Wellenträgergehäuse (2) und dem Getriebegehäuse (4) ein Flüssigkeitsdichtungselement (5) angeordnet ist.

15. Zahnrad-Wechselgetriebe nach den Ansprüchen 4 und 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktuatoren (A 1, A 2, A 3) durch ein hydraulisches Arbeitsmedium betätigbar sind.

16. Zahnrad-Wechselgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß innerhalb des Getriebegehäuses (4) eine Ge­ triebeölschmierung vorgesehen ist.

17. Zahnrad-Wechselgetriebe nach den Ansprüchen 15 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß das hydraulische Arbeitsmedium einem von der Getriebeölschmierung unabhängigen Ölsumpf entnehmbar ist.