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Die
Erfindung betrifft im allgemeinen Getriebe für Kraftfahrzeuge.
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Genauer
betrifft die Erfindung nach einem ersten Aspekt eine Steuervorrichtung
für ein
manuell gesteuertes Getriebe, umfassend ein Auswahlglied, das wahlweise
beweglich ist durch das Verschieben gemäß einer Längsachse X-X' zwischen einer Mehrzahl
vorbestimmter Axialpositionen, und einen Hebel zum Schalten der
Gänge,
der in Längsverschiebung mit
dem Auswahlglied verbunden ist und wahlweise beweglich zuerst durch
das Längsverschieben
des Auswahlglieds zwischen einer Mehrzahl von Längsauswahlpositionen, die den
Axialpositionen des Auswahlglieds entsprechend und in denen der
Hebel in eines von mehreren Eingriffselementen der Gänge des
Schaltgetriebes eingreift, die einen Längsstapel bilden, wobei die
interne Steuervorrichtung ebenfalls ein Eingriffsglied umfasst,
das wahlweise den Hebel ab jeder Auswahlposition bis zu einer der
mehreren Eingriffspositionen verschiebt, um das Eingreifen der Gänge durchzuführen, wobei
der Hebel durch diese Bewegung das entsprechende Eingriffselement
verschiebt und sich in den Stapel einschiebt.
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Derartige
Vorrichtungen sind nach dem Stand der Technik bekannt, vor allem
durch das Patent
US 6 003 649 ,
und sind insbesondere in Fahrzeugen eingebaut, die einen sportlichen
Charakter haben. Hersteller derartiger Fahrzeuge sind ständig bestrebt,
die für
die Gangschaltung notwendige Zeit zu verkürzen.
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Die
vorliegende Erfindung zielt darauf ab, diese Aufgabe zu erfüllen.
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Im übrigen weisen
die verschiedenen Ausführungsformen
der Steuervorrichtung eines im Patent
US
6 003 649 beschriebenen manuell gesteuerten Getriebes den
großen
Nachteil auf, in transversaler Richtung zur Längsachse der zen tralen Auswahlwelle
außerordentlich
platzraubend zu sein, da sie eine Art geriffelte Walze verwenden,
die mit einer Achse zusammenwirkt, um eine sich transversal zur Gangauswahlwelle
an einer Seite derselben angeordnete Scheibe oder einen Hebel in
eine Drehbewegung zu versetzen, um sie eine Eingriffsanordnung eines
ausgewählten
Gangs zu drehen.
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Die
vorliegende Erfindung hat ebenfalls die Aufgabe, dem oben genannten
Nachteil der Vorrichtung, die Gegenstand des Patents
US 6 003 649 ist, abzuhelfen, indem
sie eine Steuervorrichtung für
ein manuell gesteuertes Getriebe vorschlägt, welches die Merkmale von
Anspruch 1 umfasst.
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So
ist die erfindungsgemäße Baugruppe
zur Auswahl und zum Schalten der Gänge extrem kompakt und benötigt in
Längsrichtung
der Eingriffswelle wenig Platz.
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Der
Schalthebel bzw. Schaltfinger kann einen internen Teil umfassen,
der sich im Käfig
befindet und mit der Eingriffswelle zusammenwirkt, und einen externen
Teil, der mit dem internen Teil verbunden ist, und der durch einen
Längsschlitz
in dem Käfig
aus dem Käfig
auskragt, wobei der Schlitz eine Breite aufweist, die der Eingriffsbewegung
durch Drehung des Fingers um die Längsachse X-X' angepasst ist.
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Die
Steuervorrichtung umfasst in vorteilhafter Weise ein Verriegelungsglied
in Position der Eingriffselemente, in die der Schaltfinger nicht
eingreift.
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Das
Verriegelungsglied ist mit dem Schaltfinger vorzugsweise in Längsverschiebung
verbunden und umfasst einen Führungsteil,
der sich im Käfig
befindet und der in Verschiebung durch den Käfig geführt wird, und einen Blockadeteil,
der mit dem Führungsteil
verbunden ist und durch den Schlitz aus dem Käfig auskragt.
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Der
Teil zum Blockieren des Verriegelungsglieds umfasst beispielsweise
zwei Arme, die beiderseitig vom Schaltfinger angeordnet und jeweils
mit einem Längsteil
versehen sind, der sich parallel zur Längsachse X-X' erstreckt.
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Die
Steuervorrichtung umfasst in vorteilhafter Weise eine Vorrichtung
zur Betätigung
des Auswahlglieds, die ausgestattet ist mit einem Antriebsglied,
einem Ritzel, das in Drehung durch das Antriebsglied angetrieben
wird, und einer Zahnstange, die mit dem Auswahlglied verbunden ist,
die mit dem Ritzel zusammenwirkt.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich eindeutig aus der
folgenden Beschreibung, die hinweisend und keinesfalls beschränkend ist
und sich auf die Figuren in der Anlage bezieht, von denen:
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die 1 eine
perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung ist,
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die 2 eine
perspektivische Ansicht der 1 in Richtung
des Pfeils II ist, wobei die Steuerstangen und die Gabeln nicht
dargestellt sind,
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die 3 eine
perspektivische Ansicht der 2 in Richtung
des Pfeils III ist, wobei die Steuerplatte, auf der die Vorrichtung
befestigt ist, dargestellt ist,
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die 4 den
Ausschnitt IV der 2 darstellt und die Anordnung
des Schaltfingers und des Verriegelungsglieds auf der Eingriffswelle
zeigt,
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die 5A und 5C schematische
Darstellungen im Axialschnitt der jeweiligen Positionen des Auswahlglieds
und des Schaltfingers von 1 bei zwei
Schritten der Gangschaltmethode sind,
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die 5B und 5D schematische
Darstellungen der jeweiligen Positionen der Eingriffselemente und
des Schaltfingers von 1 bei zwei Schritten der Gangschaltmethode
der 5A und 5C sind,
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die 6 eine
perspektivische Ansicht in Richtung von Pfeil VI der 1 ist
und das Gehäuse der
Vorrichtung und das Antriebsglied zeigt, welches das Auswahlglied
antreibt,
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die 7 eine
Teilansicht in Richtung von Pfeil VII der 6 ist, und
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die 8 eine
perspektivische Ansicht in Richtung von Pfeil VIII der 1 für eine Ausführungsvariante
der Erfindung ist.
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Die
Steuervorrichtung der 1 umfasst ein Auswahlglied 10,
das wahlweise beweglich ist durch Verschieben gemäß einer
Längsachse
X-X' zwischen mehreren
vorbestimmten Axialpositionen, und einen Hebel bzw. Finger 20 zum
Schalten der Gänge,
der in Längsverschiebung
mit dem Auswahlglied 10 verbunden ist und durch Längsverschiebung
des Auswahlglieds 10 zwischen einer Mehrzahl von Längsauswahlpositionen,
die den Axialpositionen des Auswahlglieds entsprechen, wahlweise
beweglich ist.
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Der
Finger 20 greift in jeder Auswahlposition in eines der
mehreren Gangeingriffselemente 30 des Getriebes ein, die
einen Längsstapel
bilden.
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Die
interne Steuervorrichtung umfasst weiterhin ein Eingriffsglied 31,
das den Finger 20 ausgehend von jeder Auswahlposition bis
zu einer von mehreren Eingriffspositionen selektiv verschiebt, um das
Einlegen der Gänge
durchzuführen.
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Die
Eingriffselemente 30 sind praktisch identisch und weisen
jeweils etwa eine U-Form auf, wobei sie sich in einer Ebene senkrecht
zur Längsachse X-X' erstrecken. Sie
sind jeweils mit einem Steuerstab 32 verbunden, der eine
Gangeingriffsgabel 33 trägt.
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Die
U-förmigen
Eingriffselemente 30 weisen jeweils zwei symmetrische Abzweigungen 301 auf, die
eine in Richtung der Längsachse
X-X' geöffnete zentrale
Aussparung 302 begrenzen. Von den zentralen Aussparungen 302 der
verschiedenen Elemente fügen
sich die einen perfekt in die Verlängerung der anderen ein und
bilden eine längliche
Rille, in der sich der Schaltfinger 20 verschiebt und von
einer Auswahlposition in eine andere übergeht.
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Der
Schaltfinger 20 erstreckt sich in einer Ebene senkrecht
zur Längsachse
X-X'. Der Finger 20 ist
schlank und flach. Er weist längs
eine Dicke auf, die der Dicke der Eingriffselemente 30 entspricht,
die ihrerseits ebenfalls schlank und flach sind.
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Die
Steuerstäbe 301 sind
zueinander parallel und erstrecken sich in eine senkrechte Richtung
sowohl zur Längsachse
X-X' und zum Schaltfinger 20.
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Der
Finger 20 wechselt von seiner normalen Auswahlposition
in eine Eingriffsposition durch Rotation um die Längsachse
X-X', woraus folgt,
dass der Finger das Eingriffselement, das der Auswahlposition der
Seite einer der Abzweigungen 301 entspricht, in Rotationsrichtung
des Fingers drückt.
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In
dem von den Eingriffselementen 30 gebildeten Längsstapel
belegt der Finger 20 dann also den Platz der besagten Abzweigung 301.
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Das
Auswahlglied 10 umfasst erfindungsgemäß zwei miteinander verbundene
Stützglieder 11, die
an beiden Seiten des Fingers 20 entlang der Längsachse
X-X' angeordnet
sind, und zwei elastische Glieder 12, die sich zwischen
dem Finger 20 und den Stützgliedern 11 befinden,
wie 2 zeigt.
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Damit
wird, wenn sich der Finger 20 in einer Eingriffsposition
befindet, eine Verschiebung des Auswahlglieds 10 von einer
axialen Position in eine andere das elastische Glied 12 komprimiert,
das sich an der der Verschieberichtung des Auswahlglieds entgegengesetzten
Seite befindet, wie die 5A und 5C zeigen.
Der Finger 20 wird vom Stapel in Position gehalten, wie
die 5D zeigt. Er wird vom elastischen Glied 12 gegen
eine sich an der Seite der Verschiebung des Auswahlglieds 10 befindende
Abzweigung 301 des Eingriffselements 30 gedrückt, wie auf
den 5B und 5D dargestellt.
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Aufgrund
dieses Merkmals erfolgt die Gangschaltung in der folgenden Reihenfolge.
- 1/ Einlegen eines ersten Gangs durch Verschiebung
zunächst
des Auswahlglieds 10 bis zu einer ersten axialen Position,
die einer ersten Auswahlposition des Schaltfingers 20 entspricht,
danach Verschiebung des Schaltfingers 20 bis zu einer ersten
Eingriffsposition durch Betätigen
des Eingriffsglieds 31; ein erster Gang ist eingelegt;
- 2/ Verschieben des Auswahlglieds 10 bis zu einer zweiten
axialen Position, was bewirkt, dass eines der elastischen Organe 12 komprimiert
wird; der Schaltfinger 20 bleibt am Platz (s. 5D);
- 3/ Zurückführen des
Fingers 20 von seiner ersten Eingriffsposition bis in seine
erste Auswahlposition durch Betätigen
des Eingriffsglieds 31, wobei sich dann das komprimierte
elastische Glied 12 entspannt und den Schaltfinger 20 automatisch
in eine zweite Auswahlposition führt,
die der zweiten axialen Position des Auswahlglieds 10 entspricht; der
erste Gang ist dann ausgeschaltet;
- 4/ Führen
des Schaltfingers 20 von seiner zweiten Auswahlposition
in eine zweite Eingriffsposition durch Betätigen des Eingriffsglieds 30;
ein zweiter Gang ist eingelegt.
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Die
Verschiebung des Auswahlglieds 10 von seiner ersten in
seine zweite Auswahlposition erfolgt zeitlich überlappend, das heißt zu einem
Augenblick, in dem der erste Gang immer noch eingelegt ist.
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Es
folgt unter Bezugnahme auf die 2 bis 4 eine
detaillierte Erläuterung
der Beschaffenheit der Schaltvorrichtung.
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Das
Eingriffsglied 31 ist eine Eingriffswelle, die sich gemäß der Längsachse
X-X' erstreckt,
wobei der Eingriffsfinger 20 mit dieser Welle rotierend
um die Längsachse
X-X' verbunden ist,
um die Eingriffsbewegung durchzuführen, und in Längsverschiebung in
Bezug auf diese Welle frei ist.
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Genauer
umfasst der Eingriffsfinger 20 einen inneren Teil bzw.
Abschnitt 21, der eine zylindrische Öffnung auf weist, die von der
Eingriffswelle durchquert wird und deren Größe ihrer Größe entspricht.
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Die
Eingriffswelle 31 hat eine Reihe nicht dargestellter länglicher
Rillen, die mit einer Gruppe nicht dargestellter länglicher
Nute zusammenwirkt, die der Rand der zylindrischen Öffnung trägt.
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Das
Auswahlglied 10 umfasst einen Käfig 13, der die elastischen
Glieder 11 hält,
von der Eingriffswelle 31 durchquert wird und mit den zwei
Stützgliedern 11 verbunden
ist.
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Die
Stützglieder 11 sind
zwei identische scheibenförmige
Schalen, die koaxial zur Längsachse
X-X' gegenüberliegend
angeordnet sind. Die Eingriffswelle 31 durchquert diese
Schalen in ihren Mitten.
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Die
elastischen Glieder 12 sind um die Eingriffswelle 31 angeordnete
Spiralfedern. Sie stützen sich
längsseitig
auf einem Stützglied
ab und beanspruchen den inneren Abschnitt 21 des Fingers 20 durch
eine gegenüberliegende
Längsseite.
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Der
Käfig 13 umfasst
einen zylindrischen Teil 132, der derart ausgebildet ist,
dass er die elastischen Glieder 12 umschließt, wobei
die Stützglieder 11 an
zwei gegenüberliegenden
Enden des Teils 132 starr befestigt sind und diese verschließen.
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Das
Auswahlglied 10 ist in Längsverschiebung und in Rotation
um die Längsachse
X-X' in Bezug auf
die Eingriffswelle 31 frei.
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Die
Stützglieder 11 können frei
entlang der Welle 31 gleiten und um diese schwenken.
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Der
Schaltfinger 20 umfasst zusätzlich zum inneren Abschnitt 21,
der im Käfig 13 angeordnet
ist und mit der Eingriffswelle 31 zusammenwirkt, einen länglich geformten
externen Teil bzw. Abschnitt 22, der etwa rechteckig ist,
mit dem inneren Abschnitt 21 verbunden ist und aus dem
Käfig 13 durch
einen länglichen
Schlitz 131 desselben auskragt bzw. hervorragt. Der externe
Abschnitt 22 erstreckt sich etwa radial in Bezug auf die
Eingriffswelle 31.
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Dieser
Schlitz weist in einer Ebene senkrecht zur Längsachse X-X' eine Breite auf,
die der Eingriffsbewegung durch Rotation des Fingers 20 um
die Achse X-X' angepasst
ist.
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Genauer
wird der Schlitz 131 von zwei Längsrändern begrenzt, die ausreichend
beabstandet sind, um den Ausschlag des Schaltfingers 20 zu erlauben,
wenn dieser von einer Auswahlposition in eine Eingriffsposition
wechselt. In Auswahlposition ist der Finger etwa gleich von beiden
Rändern
entfernt. Bei Übergang
in eine Eingriffsposition nähert
er sich dem einen oder anderen Rand an. Wenn der Finger 20 von
einer Auswahlposition in eine andere wechselt, verschiebt sich der
externe Abschnitt 22 des Fingers 20 längs im Schlitz 131.
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Die
Schaltvorrichtung umfasst weiterhin ein Verriegelungsglied 40 in
Position der Eingriffselemente 31, in die der Schaltfinger 20 nicht
eingreift.
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Dieses
Verriegelungsglied 40 ist mit dem Schaltfinger 20 in
Längsverschiebung
verbunden und umfasst einen Führungsteil 41 im
Käfig 13,
der in Längsverschiebung
vom Käfig 13 geführt wird,
und einen Feststellteil 42, der mit dem Führungsteil 41 verbunden
ist und aus dem Käfig 13 durch
den Schlitz 131 herausragt.
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Der
Führungsteil 41 wird
von zwei dünnen parallelen übereinanderliegenden
Platten 411 gebildet, von denen sich jede in einer Ebene
senkrecht zur Längsachse
X-X' erstreckt und
im allgemeinen eine längliche
Form gemäß einer
Richtung senkrecht zum Finger 20 aufweist. Die zwei Platten 411 trennt
ein Spiel in der Dicke der Längsdicke
des Fingers 20.
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Diese
Platten 411 sind miteinander durch jeweilige Enden 412 verbunden.
Zu diesem Zweck ist das Spiel zwischen den zwei parallelen Platten
an zwei gegenüberliegenden
Enden der Platten mit Werkstoff gefüllt.
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Der
Schaltfinger 20 greift in das Spiel zwischen den zwei Platten 411 ein.
Er kann frei zwischen den Platten in Rotation um die Längsachse
X-X' ausschlagen.
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Der
Käfig 13 umfasst
längliche
parallele Führungsnute 134,
in welche die Enden 412 der Platten eingreifen und frei
gleiten können.
Das Profil der Nute entspricht der Form der besagten Enden.
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Der
zylindrische Teil 132 weist eine Öffnung auf, die sich neben
dem externen Teil 22 des Fingers 20 über einen
gesamten Winkelabschnitt erstreckt.
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Die
Nute 134 werden von Teilen des Käfigs 13 gebildet,
die mit zwei Längsrändern, die
dieser Öffnung
gegenüberliegen,
verbunden sind. Die Nute 134 sind einander gegenüberliegend
angeordnet. Die der besagten Öffnung
gegenüberliegenden Längsränder der
Nute 134 definieren den Längsschlitz 131.
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Der
externe Teil 22 des Fingers durchquert die besagte Öffnung,
bevor er in den Längsschlitz 131 eingreift.
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Weiterhin
umfasst der Feststellteil 42 des Verriegelungsglieds 40 zwei
Arme 421, die gemäß einer
Längsrichtung
an beiden Seiten des Schaltfingers 20 angeordnet sind.
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Diese
Arme 421 sind angewinkelt und umfassen jeweils einen radialen
Teil 422, der sich ausgehend von einer der Platten 411 bis
zum freien Ende des Fingers erstreckt, und einen länglichen
Teil 423, der den ersten Teil im rechten Winkel in eine
Richtung verlängert,
die zum Finger 20 entgegengesetzt ist.
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Der
radiale Teil 422 jedes Arms weist etwa dieselbe Form wie
der externe Abschnitt 22 des Fingers 20 auf. Er
ist demzufolge schlank und flach und weist eine rechteckige Form
auf, die sich in Bezug zur Eingriffswelle 31 in eine radiale
Richtung verlängert.
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Die
radialen Teile 422 der zwei Arme erstrecken sich parallel
und liegen den zwei gegenüberliegenden
Seiten des externen Abschnitts 22 des Fingers 20 gegenüber.
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Die
länglichen
Teile 423 sind ebenfalls flach und schlank und weisen etwa
dieselbe Breite wie die radialen Teile 422 und wie der
externe Abschnitt 22 des Fingers 20 auf.
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Wie 4 zeigt,
erstrecken sich diese länglichen
Teile 423 in gegenseitiger Verlängerung parallel zur Längsachse
X-X' an beiden Seiten
des freien Endes des externen Abschnitts 22 des Fingers.
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Die
länglichen
Teile 423 sind, wie 1 zeigt,
am Boden der Rille angeordnet, die von den U-förmigen Eingriffselementen 30 gebildet
wird. Nur das Eingriffselement 30, das auf Ebene des externen Abschnitts 22 des
Fingers angeordnet ist, kann verschoben werden. Die anderen Eingriffselemente 30 werden
von dem einen oder anderen Arm 421 in Position blockiert.
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Zu
diesem Zweck und zur Einhaltung einer sehr präzisen Position ist der Boden
der Rille genau an die Form der länglichen Teile 423 der
Arme 421 angepasst.
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Die
Arme 421 verschieben sich längs mit dem Finger 20,
so dass die vom Verriegelungsglied 40 blockierten Eingriffselemente 30 in
Abhängigkeit von
der vom Finger 20 belegten Auswahlposition wechseln.
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Wie 4 zeigt,
stützen
sich die elastischen Glieder 12 sowohl auf den Führungsteil 41 des
Verriegelungsglieds 40 als auch auf den internen Abschnitt 21 des
Fingers 20 ab.
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Die
Schaltvorrichtung umfasst eine Betätigungsvorrichtung 50 des
Auswahlglieds 10, die mit einem Antriebsglied 51, einem
vom Antriebsglied 51 rotierend angetriebenen Ritzel 51 und
einer mit dem Auswahlglied 10 verbundenen und mit dem Ritzel 52 zusammenwirkenden
Zahnstange 53 ausgestattet ist.
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Das
Antriebsglied 51 ist typischerweise ein auf einem die Steuervorrichtung
umschließenden Gehäuse angebrachter
Elektromotor. Er treibt eine Schnecke 54 in die eine oder
andere der zwei entgegengesetzten Drehrichtungen an, die wiederum
ein Zahnrad 55 antreibt.
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Das
Ritzel 52 ist koaxial und mit dem Zahnrad 55 verbunden.
Die Zahnstange 53 erstreckt sich parallel zur Längsachse
X-X'.
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Die
Eingriffswelle 31 wird von einem nicht dargestellten Elektromotor
in die eine oder andere der zwei entgegengesetzten Drehrichtungen
direkt oder über
ein Getriebe rotierend angetrieben.
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Wie 1 zeigt,
sind das Zahnrad 55 und das Ritzel 52 anhand einer
Rotationsachse 56 in einem Rahmen 57 rotierend
montiert, der wiederum mit einer Befestigungsplatte 58 verbunden
ist.
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Diese
Platte 58 weist ebenfalls Öffnungen zum Führen der
Steuerstäbe 33 und
der Eingriffswelle 31 auf.
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In
einer Ausführungsvariante,
die auf der 2 dargestellt ist, wird der
Rahmen 57 von einem Teil 59 mit parallelen Flanschen 591 ersetzt,
zwischen denen das Zahnrad 55 und das Ritzel 52 befestigt
sind, das eine Öffnung 592 als
Durchlass für die
das Zahnrad 55 antreibende Schnecke 54 aufweist.
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Die
erfindungsgemäße Steuervorrichtung weist
also viele Vorteile auf.
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Sie
erlaubt, das Wechseln der Gänge
zu beschleunigen, da die Bewegung des Auswahlglieds zeitlich überlappend
erfolgt.
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Sie
ist aufgrund des geringen Platzbedarfs des Käfigs und aufgrund der Anordnung
der Antriebsglieder sehr kompakt, wobei diese in Bezug zum Schaltfinger
zum Beispiel zueinander senkrecht angeordnet sein können.
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Die
Eingriffselemente werden vom Verriegelungsglied präzise in
Position gehalten, wodurch das mechanische Spiel und Energieverluste
verringert werden. Dieses Verriegelungsglied wiederum wird in Längsrichtung
sehr präzise
vom Käfig
und von den Platten, die das um die Achse X-X' rotierende Verriegelungsglied bilden,
geführt.
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Weiterhin
ist die Steuervorrichtung besonders einfach, da der Finger während der
zeitlich überlappenden
Bewegung des Auswahlglieds von den Eingriffselementen selbst ohne
Beteiligung anderer Elemente in Eingriffposition gehalten wird.
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Die
Vorrichtung zur Betätigung
des Auswahlglieds ist einfach und präzise.
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Schließlich ist
die Vorrichtung wirtschaftlich, da sie nur eine geringe Anzahl an
Teilen benötigt.