DE69017163T2 - Getriebeschalthebelrückstellvorrichtung. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Vorspannen eines Getriebeschalthebels relativ zu einer Mehrzahl von Schaltschienen in einem Getriebe. Insbesondere betrifft die Erfindung die Verwendung eines Stößelsystems zum Minimieren von reaktiven Kräften am Hebel während der Wahl einer Schaltschiene.
• Die Verwendung von federbelasteten Stößeln zum Bewirken einer Schalthebelvorspannung ist bekannt aus dem US-Patent 2 428 892, von der der Oberbegriff des Anspruchs 1 ausgeht. Solche Einrichtungen werden gewöhnlich benutzt, um einen Schalthebel mit einer gewünschten Schaltschiene auszurichten, wenn sich das Getriebe in neutraler Position befindet. Solche Einrichtungen erhöhen auch das Gefühl für die Wahl oder bewirken eine Schaltschienen-Definition, um die Ergonomie des Schaltvorganges zu verbessern, was besonders beim Schalten von schweren Lastwagen-Getrieben geschätzt wird. Sehr wenige Getriebekonstruktionen für schwere Lastwagen sehen jedoch eine wirkliche Krafterleichterung vor, wenn eine neue Schaltschienenposition gewählt wird. Diejenigen, die bisher eine solche Erleichterung vorgesehen haben, sind teuer in der Herstellung. Typische Konstruktionen dieser Art verwenden nur Federn und Stößel, welche die Reaktionskräfte eher erhöhen als erniedrigen, die beim Wählen von Schaltschienen auftreten.
• Die hier beschriebene Vorspannvorrichtung für Getriebeschalthebel verwendet ein federbelastetes Zahnsystem, das die Reaktionskräfte reduziert, die durch ein konventionelles Stößel-Drucksystem erzeugt werden. Die vorliegende Vorspannvorrichtung bewirkt auch ein Durchbruch-Schaltgefühl, immer wenn eine neue Schiene gewählt wird. Die Vorrichtung umfaßt einen Stößel mit abgewinkelten Nockenflächen, die mit einer Feder zusammenwirken, um eine Mehrzahl von Kugeln in selektive ringförmige Nuten zu drücken, die längs der Längsachse eines Stößels angeordnet sind.
• Vorzugsweise umfaßt die Vorrichtung einen Schaltschienenbügel, eine Schaltsperre, die mit dem Bügel beweglich ist sowie einen Schalthebel, der mit der Sperre zusammenwirken kann, um eine aus einer Mehrzahl von Getriebeschaltschienen auszuwählen. Quer zu den Schienen und geeignet zur Bewegung mit dem Schalthebel über die Sperre hat der Stößel eine Schulter und eine Mehrzahl von Nuten mit reduziertem Durchmesser an einem Ende entgegengesetzt zur Schulter. Jede Nut bildet ein Paar gegenüberliegender Rampen,und eine feste Stirnkappe ist vorgesehen, die einen Teil des Stößels, der die Nuten und die Rampen umfaßt, enthält und zusammen mit diesem wirkt. Ein ringförmiges Stößelelement umgibt den Stößel und liegt gegen eine Mehrzahl von Kugeln an, die in der Stirnkappe gehalten sind mittels einer Feder, die um den Stößel angeordnet ist und sich axial zwischen dem Stößelelement und der Schulter des Stößels erstreckt. Nockenflächen am Stößel drücken die Kugeln in eine der Nuten entsprechend einer gewählten Schaltschiene.
• Figur 1 zeigt im Schnitt die Vorspannvorrichtung für einen Getriebeschalthebel nach der Erfindung.
• Figuren 2 - 6 sind aufeinanderfolgende geschnittene Ansichten des Stößels und der Stirnkappe, der zwischen drei Schienenpositionen geschaltet wird.
• Figuren 7 und 8 sind Seitenansichten einer bevorzugten Ausführungsform eines Stößelelementes, wie es in den Figuren 1-6 verwendet wird.
• Figur 9 zeigt eine alternative bevorzugte Ausführungsform eines Stößels zur Verwendung in der Erfindung.
• Figur 1 zeigt eine Vorspannvorrichtung 10 für Schalthebel mit einem Schalthebelfinger 12, der über Verriegelungen 14 arbeitet, die in einem nicht gezeigten Bügel angeordnet sind. Das Verriegelungsende 18 eines Stößels 20, gesehen durch eine Öffnung 17 des Getriebeschaltturmes wird konventionell mit Hilfe des Fingers 12 über die Verriegelung 14 geschaltet.
• Eine Mehrzahl von Kugeln 28 ist symmetrisch um eine Längsachse a-a des Stößels 20 angeordnet, und in der bevorzugten Ausführungsform sind zwei solcher Kugeln in einem Winkel von 180º relativ zueinander angeordnet. Die symmetrische Positionierung der Kugeln sucht ein Verkanten des Stößels 20 infolge ungleicher Seitenbelastungen des Stößels durch die Kugeln zu vermeiden.
• Der Stößel 20 hat eine ringförmige Schulter 22 zum Vorspannen einer Schraubendruckfeder 24 gegen ein ringförmiges Stoßelement 26. Das Element 26 überträgt die Kraft der Feder 24 direkt auf die Kugeln 28 und ist zur Bewegung in einer zylindrischen Bohrung 40 eingebaut, die durch eine nicht gezeigte Getriebegehäusewand gebohrt ist. Das Stoßelement wird durch die Druckfeder 24 in die Kugeln 28 gedrückt, die ihrerseits gegen eine flache Bodenstirnfläche 30 einer Stirnkappe 24 anliegen. Die Stirnkappe 24 ist in die Bohrung 40 mittels eines äußeren Gewindeabschnittes 56 eingeschraubt, der in einen entsprechenden Gewindeteil 58 der Bohrung 40 eingreift. Die Stirnfläche 30 hat eine Oberfläche senkrecht zur Achse a-a des Stößels 20 und der Kappe 54.
• Das Stoßelement 26 hat eine abgewinkelte Nockenoberfläche 32, welche die Kugeln radial einwärts auf die Achse a-a des Stößels zu und in die Nuten 34, 36 und 38 drückt. Am entgegengesetzten Ende des Stoßelementes 26, im Abstand zur Nockenfläche 32, ist eine ringförmige ebene Lagerfläche 27 ausgebildet. Diese Lagerfläche, die ebenso quer zur Achse a-a liegt, kann durch die Druckfeder 24, vorzugsweise eine Schraubenfeder erfaßt werden.
• Jede Nut bildet ein Paar gegenüberliegender Rampen 42, über welche die Kugeln gedrückt werden müssen, damit der Schalthebelfinger 12 sich in die nächstgewählte Schienenposition bewegen kann. Die Nut 34 entspricht der Schiene 44 für den niedrigsten Gang und den Rückwärtsgang. Die Nut 36 entspricht der Schiene 46 für den ersten und den zweiten Gang, und die Nut 38 entspricht der Schiene 48 für den dritten und den vierten Gang.
• Die Figuren 7 und 8 zeigen das Stoßelement 26 in größerem Detail in Seitenansichten, wobei das Element 26 in Figur 8 um 90º (um die Achse a-a) relativ zu der Ansicht in Figur 7 gedreht ist. Die Oberfläche 32 ist zweckmäßigerweise eine zusammengesetzte abgewinkelte Oberfläche. So ist nicht nur jede Oberfläche einwärts zur Achse a-a hin abgewinkelt (Winkel B von Figur 8), sondern jede Oberfläche besteht aus zwei umgekehrten abgewinkelten Segmenten 31 und 33 (Winkel A von Figur 7) . Die letztgenannte Ausführung gewährleistet, daß die beiden Kugeln 28 um 180º versetzt zueinander bleiben, und sich so zu allen Zeiten auf einem fixierten radialen Weg bewegen. Die bevorzugten umgekehrten Winkel A der Oberflächen 31 und 32 (gemessen von einer Linie Y senkrecht zur Achse a-a) liegen im Bereich von 8 - 12º (Fig. 7) Der Winkel B der Nockenfläche 32 liegt im Bereich von 20 - 30º (Fig. 8).
• Die Lagerfläche 27 des Elementes 26 ist, wie die Figuren 7 und 8 zeigen, zurückgesetzt, um einen guten, nicht verkantenden Sitz der Feder 24 zu gewährleisten.
• In Figur 2 entspricht die Position der Kugeln 28 in der Nut 38 der Getriebeschiene 48 für den dritten und vierten Gang.
• Beim Schalten des Schaltfingers 12 zur Schiene 46 für den ersten und zweiten Gang bewegt sich der Stößel weiter in die Stirnkappe 54 hinein, wie dargestellt. Die Rampe 42 des Stößels,angrenzend an die Nut 38 bewirkt, daß die Kugeln radial nach außen in den ringförmigen Raum 50 gedrückt werden zwischen die Nockenfläche 32 des Stoßelementes 26 und die Stirnfläche 30 der Kappe 54. Wenn die Kugeln 28 über die angrenzenden Rampen 42 der Nuten 38 und 36 laufen, entsteht ein Durchbruchgefühl, das den Übergang von der Schaltschiene 48 zur Schaltschiene 46 (Figuren 3 und 4) anzeigt.
• In Figur 5 ist der Schalthebelfinger in der Schiene 46 für den ersten und zweiten Gang. In dem Umfang, in welchem die Kugeln radial in die Nut 36 gedrückt werden, wird die Reaktionskraft so weit minimiert, daß die Kugeln in die Nut 36 eingebracht werden.
• In Figur 6 sind die Kugeln 28 in Eingriff mit der Nut 34, die der Schiene 44 entspricht. Je stärker die Feder zusammengedrückt ist, um so stärker werden die Kugeln in einer gegebenen Nut gehalten. Das Durchbruchgefühl wird damit deutlich größer, als wenn der Hebel von der Schiene 48 in die Schiene 44 geschaltet wird.
• In Figur 1 ist eine zweite Schalthebelvorspannvorrichtung 10' in der unteren Hälfte der Figur dargestellt, die analog zur ersten beschriebenen Vorrichtung 10 in physikalischer Hinsicht ausgebildet ist. In Betrieb, wenn die Vorrichtung 10 arbeitet, ist die Vorrichtung 10' inaktiv. Die Bewegungen zwischen den Schienen 44, 46 und 48 bewirken eine Bewegung des Stößels 20, bewirken jedoch nicht eine Bewegung des Stößels 20'. Umgekehrt, wenn der Stößel 20' sich nur bezüglich der Schaltungen zwischen den Schienen 48 und 52 bewegt, so ist während dieser Zeiten die Vorrichtung 10 inaktiv. Die Schiene 48 ist in der beschriebenen bevorzugten Ausführungsform eine bevorzugte Schiene oder die Schiene, mit der der Schalthebelfinger 12 ausgerichtet ist, wenn der Getriebeschalthebel sich in neutraler Position befindet. Obwohl nur eine Vorrichtung verwendet werden kann, beispielsweise,wenn dies von der Kostenseite her vorgeschrieben ist, wird durch die Verwendung von zwei Vorspannvorrichtungen 10 und 10' eine bevorzugte Schiene gewährleistet. Somit ohne Verwendung der Vorrichtung 10', könnte das Stößelende 18 den Finger 12 über die Schaltschiene 52 oder auch zwischen die Schienen 48 und 52 drücken.
• Abhängig von der Anzahl der Schaltschienen brauchen nicht alle Nuten in beiden Vorrichtungen 10 und 10' stets benutzt werden. Beispielsweise in der Ausführungsform nach Figur 1 können nur die Nuten 36' und 38' der Vorrichtung 10' durch die Kugeln 28' erfaßt werden (während Schaltungen zwischen den Schienen 48 und 52 entsprechend). Die Nut 34' braucht nie erfaßt zu werden.
• In Figur 9 ist eine andere Ausführungsform 80 eines Stößels dargestellt, der nur zwei Nuten 84 und 86 aufweist. Diese Ausführung erwägt die Verwendung in einer Vorrichtung analog der Vorrichtung 10', wobei die Verwendung von nur zwei Nuten 36' und 38' erforderlich ist. Die gegenüberliegenden Rampen 42 jedes Stößels 20 oder 80 haben Winkel, die als Funktion des gewünschten Systemverhaltens bestimmt werden. Vorzugsweise sind benachbarte gegenüberliegende Rampen 42a und 42b (Figur 9) durch ringförmige Abflachungen 82 getrennt. Der Winkel C der Rampe 42a, die unter jeder Abflachung 82 liegt, ist zweckmäßigerweise größer als der Winkel D der Rampe 42b, die über jeder Abflachung 82 liegt. In der bevorzugten Ausführungsform des Stößels 20 oder 80 liegt der Winkel C im Bereich zwischen 45 und 60º, während der Winkel D im Bereich zwischen 30 und 50º liegt.

Claims (10)

1. Vorrichtung (10) zum Vorspannen eines Getriebeschalthebels, die mit einer Mehrzahl von Getriebeschaltschienen (44, 46, 48, 52) zusammenwirkt, mit einem Schaltschienenbügel, einer Schaltverriegelung (14), die mit dem Bügel beweglich ist sowie einem Schalthebel (12) zur Bewegung in dem Bügel zur Wahl von einer aus dieser Mehrzahl von Schaltschienen, ferner mit einem Stößel (20) mit einer Achse (a-a), der quer zu den Schienen angeordnet ist und über die Verriegelung mit dem Schalthebel bewegbar ist, gekennzeichnet durch eine Vorspanneinrichtung mit einem Stößel, der eine Schulter (22) hat und eine Mehrzahl von axial beabstandeten Nuten (34, 36, 38) mit reduziertem Durchmesser aufweist, die an einem Ende gegenüber der Schulter angeordnet sind, daß jede Nut ein Paar gegenüberliegender Rampen (42) bildet, daß die Vorspanneinrichtung ferner eine Stirnkappe (54) aufweist zum Aufnehmen und Halten eines Teiles des Stößels (20), der die Nuten und die Rampen enthält, daß ein innerer Abschnitt der Stirnkappe eine Stirnfläche (30) aufweist und ein ringförmiges Stoßelement (26) beweglich in der Stirnkappe angeordnet ist, daß das Element (26) den Stößel umgibt, daß die Vorspanneinrichtung ferner eine Mehrzahl von Kugeln (28) umfaßt, die zwischen dem Stoßelement und der Stirnfläche angeordnet sind, daß eine Feder (24) zwischen der Schulter des Stößels (20) und dem Stoßelement (26) angeordnet ist, um die Kugeln gegen die Stirnfläche (30) zu drücken, und daß schließlich das Stoßelement Mittel (32) aufweist, um die Kugeln in eine (38) der Nuten zu drücken, entsprechend einer gewählten Schaltschiene (48).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel des Stoßelementes zum Drücken der Kugeln in eine der Nuten eine abgewinkelte Nockenfläche (32) für jede Kugel ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugeln (28) symmetrisch um die Achse des Stößels angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nockenfläche (32) zusammengesetzt ist, und daß ein Paar umgekehrt abgewinkelter Oberflächen (31, 33) zusammenwirken, um jede Kugel (28) ständig auf einer fixierten radialen Bahn zu halten.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte,gegenüberliegende Rampenwinkel (42a, 42b) des Stößels (20) ungleich sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrzahl der Kugeln zwei Kugeln (28) umfaßt, die in einem Winkelabstand von 180º voneinander um den Stößel angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche (30) der Stirnkappe (54) eben ist und eine Oberfläche hat, die quer bezüglich der Achse (a-a) des Stößels verläuft.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ende des Stößels (20) eine ringförmige flache Federauflagefläche (27) bildet, die beabstandet zur Nockenfläche ist, und daß jede Lagerfläche ebenfalls quer bezüglich der Achse (a-a) verläuft.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspanneinrichtung ferner eine zweite Vorspanneinrichtung (10') umfaßt, die strukturell äquivalent zur ersten Vorspanneinrichtung ist und in Querrichtung mit dieser fluchtet, und daß diese unabhängig und nicht-simultan in Eingriff mit dem Schalthebelfinger (12) treten kann.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Vorspanneinrichtung (10, 10') zusammenwirken, um eine bevorzugte Schiene (48) zu schaffen.