DE69300561T2

DE69300561T2 - Verriegelungsmechanismus für Slave-Ventil eines Getriebebereichs.

Info

Publication number: DE69300561T2
Application number: DE69300561T
Authority: DE
Inventors: James Robert Grundy; Mark Anthony Hirsch
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 1992-01-23
Filing date: 1993-01-08
Publication date: 1996-04-04
Anticipated expiration: 2013-01-09
Also published as: ES2078097T3; JPH05263931A; DE69300561D1; US5216931A; EP0552872A1; CA2087498C; CA2087498A1; EP0552872B1

Description

Hintergrund der Erfindung

In Beziehung stehende Anmeldungen

Diese Anmeldung steht mit den Beschreibungen der US- Patente
5 222 404, das mit Auxiliary Section Actuator Control System and Method bezeichnet ist;
5 172 604, das mit Range Valve Pre-Exhaust bezeichnet ist;
5 218 878, das mit Two-Stage Range Piston/Cylinder Assembly bezeichnet ist;
5 224 392, das mit Variable Pressure Range Section Actuator Piston bezeichnet ist;
5 186 066, das mit Dual Pressure Regulator bezeichnet ist;
5 199 311, das mit Variable Pressure Range Section Actuator Assembly bezeichnet ist;
5 199 312, das mit Range Section Actuator Control System and Method For Preventing Damage To Range Section Synchronizers bezeichnet ist;
5 193 410, das mit Range Section Protection Valve Assembly bezeichnet ist; und
5 199 314, das mit Synchronized Splitter Section Proctection System/Method bezeichnet ist;
in Beziehung, die alle auf den gleichen Anmelder, die Eaton Corporation, zurückgehen.

Gebiet der Erfindung

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Einrichtung und/oder ein Verfahren zum Steuern des Hilfsgruppenaktuators eines Kraftfahrzeugverbundgetriebes. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Druckmittel- (Pneumatik) -System und/oder -Verfahren zum Steuern des Einrückens von synchronisierten Klauenkupplungen der Hilfsgruppe bei Verbundgetrieben der Bauart, die eine oder mehrere Hilfsgetriebegruppen mit mehreren Gängen aufweisen, die mit einer vielgängigen Hauptgetriebegruppe hintereinander geschaltet sind. Noch spezieller bezieht sich die Erfindung auf ein (pneumatisches) Druckmittelsteuersystem und/oder Verfahren mit einem verbesserten Verriegelungssystem zum Schutz der synchronisierten Klauenkupplungen der Hilfsgruppe eines Verbundgetriebes für Schwerlastfahrzeuge bei einem Verbundschaltvorgang.

Beschreibung des Standes der Technik

Gangwechselverbundgetriebe der Bauart mit ein oder mehreren Hilfsgruppen, die mit einer Hauptgetriebegruppe hintereinander geschaltet sind, sind aus dem Stand der Technik bekannt. Solche Getriebe sind typischerweise Schwerlastfahrzeugen wie bspw. großen Lastkraftwagen, Sattelzügen oder ähnlichen zugeordnet. Kurz gesagt ist bei Verwendung von hintereinander geschalteten Haupt- und Hilfsgetriebegruppen, angenommen, daß die Gangstufen relativ zueinander richtig bemessen sind, die Gesamtzahl der verfügbaren Gangstufen gleich dem Produkt der Anzahl der Gangstufen der Haupt- und der Hilfsgruppe. Beispielsweise erbringt ein Gangwechselverbundgetriebe mit einer viergängigen (4) Hauptgruppe, die mit einer dreigängigen (3) Hilfsgruppe hintereinander geschaltet ist, wenigstens theoretisch zwölf verfügbare Gangstufen (4x3=12).
Hilfsgetriebegruppen gibt es in drei Grundbauarten: Der Rangebauart, der Splitterbauart oder der kombinierten Range/Splitterbauart.
Bei Verbundgetrieben mit einer Hilfsgruppe vom Rangetyp sind der Abstand oder die Abstände der Gangstufen der Rangegruppe größer als der Gesamtübersetzungsbereich der Hauptgetriebegruppe, und die Hauptgetriebegruppe wird in jeder Rangestufe fortlaufend durch ihre Gänge geschaltet. Beispiele für Verbundgetriebe mit Hilfsgruppen vom Rangetyp sind aus den US-Patenten Nr. 4.974.474, die für diese Erfindung den Stand der Technik bildet, 4.964.313, 4.920.815; 3.105.395; 2.637.222 und 2.637.221 ersichtlich.
Die bekannten Getriebe der Anmelderin RT/RTO 11609 und RT/RTO 11610 "Road Ranger" sind Beispie eines neungängigen (4 + 1) x (2)" und eines zehngängigen "(5) x (2)" Getriebes vom Rangetyp für Schwerlast.
Bei Verbundgetrieben mit einer Hilfsgruppe vom Splittertyp sind die Gangabstände der Splitter-Hilfsgruppe geringer als die Gangabstände der Hauptgetriebegruppe und jeder Gang der Hauptgruppe ist durch die Splittergruppe gesplittet oder unterteilt. Beispiele für Gangwechselverbundgetriebe mit Hilfsgruppen vom Splittertyp sind aus den US-Patenten Nr. 4.290.515; 3.799.002; 4.440.037 und 4.527.447 bekannt.
Bei einer Hilfsgruppe oder Hilfsgruppen vom kombinierten Range- und Splittertyp sind sowohl Gangabstände vom Range- als auch vom Splittertyp vorgesehen, die es gestatten, die Hauptgetriebegruppe in wenigstens zwei Rangestufen jeweils fortschreitend durch ihre Gänge durchzuschalten und die es außerdem ermöglichen, die Gangstufen der Hauptgruppe in wenigstens einer Rangestufe aufzusplitten.
Ein Beispiel eines Verbundgetriebes mit einer einzelnen kombinierten Hilfsgruppe vom Range/Splittertyp ist aus den US-Patenten Nr. 3.283.613 und 3.648.546 ersichtlich. Eine drei Gangebenen aufweisende Viergang-Hilfsgruppe vom kombinierten Splitter/Rangetyp ist aus dem US- Patent Nr. 4754.665 ersichtlich. Die bekannten Getriebe der Anmelderin RT/RTO 11613 und RT/RTO 14718 "Eaton Road Ranger" sind Beispiele für ein dreizehngängiges "(4 + 1) x (3)" und ein achtzehngängiges "(4 + 1) x (4)" kombiniertes Getriebe vom Range/Splittertyp.
Ein anderes Beispiel ist das Getriebemodell "Eco- Splitt", vertrieben von der Zahnradfabrik Friedrichshafen Aktiengesellschaft, Friedrichshafen, Deutschland, das eine gesonderte Splitterhilfsgruppe vor und eine separate Rangehilfsgruppe hinter der Hauptgetriebegruppe aufweist.
Es sollte angemerkt werden, daß die Begriffe Hauptund Hilfsgruppe relativ sind und daß der Typ der Hilfsgruppe (entweder Range- oder Splitter) ebenfalls umgekehrt ist, wenn die Bezeichnung der Hauptgruppe und der Hilfsgruppe umgekehrt werden. Mit anderen Worten würde, wenn von dem, was üblicherweise als eine viergängige Hauptgruppe mit einer zweigängigen Hilfsgruppe vom Rangetyp angesehen wird, ausgegangen wird, die normalerweise als Hilfsgruppe bezeichnete Gruppe als die Hauptgruppe und die normalerweise als Hauptgruppe bezeichnete Gruppe als viergängige Hilfsgruppe vom Splittertyp für diese angesehen. Zufolge einer in der Getriebeindustrie allgemein akzeptierten Konvention und wie in dieser Beschreibung der Erfindung begrifflich verwendet, ist die Getriebehauptgruppe eines Verbundgetriebes die Gruppe, die die größte (oder wenigstens keine geringere) Anzahl von Vorwärtsgängen aufweist, die die Auswahl einer Leerlaufstellung ermöglicht, die den Rückwärtsgang (die Rückwärtsgänge) enthält und/oder die (bei manuellen oder halbautomatischen Getrieben) durch Betätigung einer Schaltstange oder Schaltschiene oder einer Schaltwellen/- Schaltfingeranordnung geschaltet wird, im Gegensatz zu Master/Slave-Ventil/Zylinderanordnungen oder ähnlichem.
Bei Verbundgetrieben vom Range- oder vom kombinierten Range/Splitter- oder vom Splitter/Rangetyp wird die Hauptgetriebegruppe typischerweise durch eine Schaltstangengehäuseanordnung oder eine Anordnung mit einzelner Schaltwelle geschaltet, die durch einen manuell betätigten Schalthebel oder ähnliches gesteuert werden, und die Hilfsrangegruppe wird bei Getrieben der Schaltungsart "Mehrfach-H" mittels eines üblicherweise manuell betätigten Knopfes oder Schalters geschaltet, der eine fernliegende Slave-Ventil/Aktuatoreinrichtung steuert. Bei Steuerungen vom "Doppel-H"-Typ oder vom "Anderthalb-H"- Typ wird die Bereichsgruppe durch Schalter gesteuet, die von der Positionierung des Schalthebels gesteuert sind. Steuerungen vom Doppel-H-Typ sind aus dem Stand der Technik bekannt, wie aus den US-Patenten Nr. 4.633.725 und 4.275.612 ersichtlich ist.
Weil die Rangegruppe häufig synchronisierte Klauenkupplungen aufweist, war es, um eine akzeptable Schaltqualität zu erbringen und vorzeitige Abnutzung und/oder Beschädigung der synchronisierten Klauenkupplungen der Rangegruppe zu verhindern, eine Aufgabe des Standes der Technik, Einrichtungen vorzusehen, die sicherstellen, daß ein Schalten der Rangegruppe, während die Hauptgruppe im Leerlauf steht, eingeleitet und hoffentlich beendet wird.
Im Hinblick auf das Obige weisen dem Stand der Technik gemäße Verbundgetriebe vom Rangetyp gewöhlich ein Steuersystem, üblicherweise ein pneumatisches Steuersystem auf, das Gegenverriegelungseinrichtungen enthält, die es ermöglichen, daß ein Rangeschaltvorgang durch Benutzung eines Auswahlknopfes oder Schalters an einem Hauptsteuerventil vorausgewählt, jedoch nicht eingeleitet wird, bis die Hauptgetriebegruppe in den oder wenigstens auf den Leerlaufzustand zu geschaltet ist. Solche Systeme nutzen typischerweise Verriegelungseinrichtungen mechanischer Bauart an der mechanischen Verbindung des Rangegruppenaktuators, die eine Bewegung der Schaltgabel der Rangegruppe physisch verhindern, bis die Hauptgruppe in den Leerlauf geschaltet ist, oder der Bauart, bei der das (häufig als "Slave Ventil" bezeichnete) Ventil, das Druckluft zu den Kolben der Rangegruppe liefert, entweder gesperrt oder so lange nicht mit Druckmittel beliefert ist, bis ein Schalten in den Leerlauf der Hauptgruppe festgestellt wird&sub7; oder nur aktiviert und mit Druckmittel versorgt wird, während die Hauptgruppe in den Leerlauf geschaltet wird und in diesem verbleibt. Beispiele solcher Getriebe des Steuersystemes für diese sind aus den US-Patenten Nr. 2.654.268; 3.138.965 und 4.060.005 ersichtlich. Getriebe mit Steuerventilen für die Rangegruppe (Versorgung und/oder Auslaß), die verriegelt sind, bis ein Schalten der Hauptgruppe in den Leerlauf erfolgt, sind aus den US-Patenten Nr. 3.229.551; 4.450.869; 4.793.378 und 4.974.474 ersichtlich.
Während die dem Stand der Technik gemäßen Systeme einen beträchtlichen Schutz für die Synchronisiereinrichtungen der Rangegruppe erbringen, indem ein Einleiten des Rangeschaltens verhindert wird, bis die Hauptgruppe in den Leerlauf geschaltet ist, sind sie insofern nicht gänzlich befriedigend, als sie, während sie sicherstellen, daß ein Schalten der Rangegruppe nicht eingeleitet wird, bis die Hauptgruppe im Leerlauf befindlich ist, den Zustand nicht verhindern, bei dem das Schalten der Hauptgruppe schneller ist als das Schalten der Rangegruppe (d.h. das Schalten der Hauptgruppe "schlägt" (überholt) das Schalten der Rangegruppe). Wie es bekannt ist, wird unter bestimmten Bedingungen, wenn die synchronisierte Rangekupplung versucht einzukuppeln, während die Hauptgruppe eingerückt ist, ein Teil des Motordrehmomentes ganz durch die im Eingriff befindlichen Reibflächen der Synchronisiereinrichtungen auf die Antriebsräder des Fahrzeuges übertragen und die Reibglieder der Synchronisiereinrichtung können schnell beschädigt werden. Bei einer solchen Bedingung können die Range-Synchronisiereinrichtungen, insbesondere die Synchronisiereinrichtungen für die direkte oder schnelle Rangestufe, relativ schnell beschädigt oder zerstört werden. Wenn ein unbeabsichtigter Versuch gemacht wird, ein Schalten lediglich der Rangegruppe auszuführen, kann eine solche Beschädigung in ungefähr zwei (2,0) Sekunden erfolgen.
Getriebe mit mechanischen Verriegelungseinrichtungen sowohl starrer als auch nachgiebiger Bauart sind aus den US-Patenten 4.974.474, das den Oberbegriff der Ansprüche 1 und 4 offenbart, 4.944.197 und 4.296.642 ersichtlich. Solche Einrichtungen verriegeln, während die Hauptgruppe nicht im Leerlauf steht, typischerweise die Rangekupplung in schneller oder langsamer Position, und/oder verriegeln die Hauptgruppe im Leerlauf, wenn die Rangekupplung nicht in deren schneller oder langsamer Position eingerückt ist. Während diese Systeme, wenn sie richtig arbeiten, Beschädigungen der Range-Synchronisiereinrichtungen verhindern, die durch den Versuch verursacht werden, die Rangekupplung einzurücken, während die Hauptgruppe nicht im Leerlauf steht, sind sie insofern nicht ganz befriedigend, als (i) ein schnelles Schalten der Hauptgruppe dazu führen kann, daß die Hilfsgruppe in einer nicht gewünschten Gangstufe verriegelt wird, als (ii) die Hauptgruppe, wenn eine Rangekupplung an der Sperrvorrichtung hängt, nicht eingerückt werden kann, um die Kupplungen zu beeinflussen, als (iii) nachgiebige Einrichtungen nicht richtig verriegeln oder hängen können, als (iv) beträchtliche Abnutzung und mechanische Spannung an der Verriegelungseinrichtung und/oder Schaltaktuatorgliedern verursacht werden kann und/oder (v) als mit Abnutzung Reibungsverriegelungen der Verriegelungseinrichtungen erfolgen können.

Zusammenfassung der Erfindung

Bei Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die in den Ansprüchen 1 und 4 definiert ist, sind die Nachteile des Standes der Technik minimiert oder überwunden worden, indem ein druckmittelbetätigtes Hilfsgruppen-Aktuatorsteuersystem und -verfahren vorgesehen sind, das die Synchronisiereinrichtungen der Hilfsgruppe durch Verriegeln der Hauptgetriebegruppe bis das Schalten der Hilfsgruppe beendet ist, schützt und das es gestattet, die Aktuatorkammern druckzubeaufschlagen und druckzuentlasten, wenn ein Schalten der Hilfsgruppe vorausgewählt und die Hauptgetriebegruppe auf den Leerlauf zu geschaltet ist, um ein ein schnelleres Schalten der Hilfsgruppe zu erbringen. Ein schnellerer Schaltvorgang der Hilfsgruppe miminiert die Wahrscheinlichkeit dafür, daß ein Schaltvorgang der Hauptgruppe die Hilfsgruppe überholt und minimiert außerdem die Zeit, in der die Hauptgruppe in der Leerlaufstellung verriegelt ist.
Das obige wird erreicht, indem die Rangeventilverriegelungseinrichtung derart ausgebildet wird, daß das Ventilglied (Spindel) freigegeben wird, wenn sich die Schalteinrichtung der Hauptgruppe auf ihre Leerlaufposition zu bewegt, ohne zu erfordern, daß die Hauptgruppe vollkommen in ihre Leerlaufposition schaltet, bevor die Verriegelung freigegeben wird. Eine gesonderte Stangen-Verriegelungseinrichtung kann vorgesehen werden, die die Hilfsgruppe in einem gegenwärtig eingelegten Gang verriegelt, wenn die Hauptgruppe eingerückt ist und die die Hauptgruppe im Leerlauf verriegelt, wenn die Hilfsgruppe einen Schaltvorgang ausführt.
Entsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neues und verbessertes Schaltsystem für das Schalten der Hilfsgruppe (Range) eines Verbundgetriebes der Bauart zu erbringen, bei der in seiner Hilfsgruppe synchronisierte Klauenkupplungen verwendet sind.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Steuersystem/Verfahren für einen druckmittelbetätigten Hilfsgruppenaktuator zum Einkuppeln ausgewählter, synchronisierter Kupplungen der Hilfsgruppe mit verbesserteri Verriegelungseinrichtungen zu schaffen, die es gestatten, daß die Aktuatorkammern druckbeaufschlagt und druckentlastet werden, wie es erforderlich ist, um einen vorausgewählten Schaltvorgang durchzuführen, wenn die Hauptgetriebegruppe auf ihre Leerlaufposition zu geschaltet wird.
Diese und andere Aufgaben und Vorzüge der vorliegenden Erfindung werden durch das Lesen der detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines Verbundgetriebes, das eine Hilfsgruppe vom Rangetyp aufweist und bei dem das erfindungsgemäße pneumatische Steuersystem verwendet ist.
Fig. 1A ist eine schematische Darstellung der Schalteinrichtung des Getriebes nach Fig. 1.
Fig. 1B ist eine schematische Darstellung des Schaltmusters vom "Mehrfach-H" -Typ des Getriebes nach Fig. 1.
Fig. 1C ist eine schematische Darstellung eines Schaltmusters vom "Doppel-H"-Typ des Getriebes nach Fig. 1.
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung eines Verbundgetriebes mit einer Hilfsgruppe vom kombinierten Splitter/Rangetyp, bei der das erfindungsgemäße pneumatische Steuersystem insbesondere vorteilhaft ist.
Fig. 3 (A und B) ist eine ausschnittsweise Darstellung der Hilfsgruppe 102 des Getriebes 100 im Querschnitt.
Fig. 4 ist eine perspektivische Darstellung einer Schalteinrichtung der Bauart mit einer einzelnen Schaltwelle.
Fig. 5 ist eine schematische Darstellung eines Druckluftsteuersystems zur Verwirklichung der vorliegenden Erfindung.
Die Fig. 6A-6D sind schematische Darstellungen von Ausschnitten des Druckluftsteuersystems nach Fig. 5 in seinen unterschiedlichen Betriebsstellungen.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

In der folgenden Beschreibung wird zur bequemeren Bezugnahme und ohne beschränkende Wirkung eine gewisse Terminologie verwendet. Die Begriffe "nach oben", "nach unten", "nach rechts" und "nach links" bezeichnen Richtungen in den Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. Die Begriffe "nach vorn", "nach hinten" beziehen sich entsprechend auf das vordere und das hintere Ende des konventionell in einem Fahrzeug eingebauten Getriebes, die der linken und rechten Seite des in Fig. 1 dargestellten Getriebes entsprechen. Die Worte "nach innen" und "nach außen" beziehen sich auf Richtungen auf die geometrische Mitte der Einrichtung und bezeichneter Teile derselben zu bzw. von dieser weg. Diese Terminologie umfaßt die oben spezifisch genannten Worte, Ableitungen von diesen sowie Begriffe ähnlicher Bedeutung.
Der Begriff "Verbundgetriebe" wird verwendet, um ein Geschwindigkeits- oder Gangwechselgetriebe mit einer mehrere Vorwärtsgänge aufweisenden Hauptgetriebegruppe und einer mehrere Gänge aufweisenden Hilfsgetriebegruppe zu bezeichnen, die hintereinander geschaltet sind, wobei die ausgewählte Untersetzung der Hauptgetriebegruppe mit weiter ausgewählten Untersetzungsstufen der Hilfsgetriebegruppe verbunden werden kann. "Synchronisierte Kupplungsanordnung" und Begriffe ähnlicher Bedeutung bezeichnen eine formschlüssige Kupplungsanordnung vom Klauenkupplungstyp, die verwendet wird, um ein ausgewähltes Zahnrad drehfest mittels einer formschlüssigen Kupplung an eine Welle zu kuppeln, wobei ein versuchtes Einrücken der Kupplung verhindert wird, bis die Kupplungshälften im wesentlichen synchron drehen, und bei der Reibungsmittel relativ großer Leistungsfähigkeit an den Kupplungshälften verwendet werden und ausreichend sind, um bei Einleiten eines Kupplungseinrückens die Kupplungshälften und alle mit diesen drehenden Teile zu veranlassen, mit im wesentlichen synchroner Drehzahl zu drehen.
Die Begriffe "Leerlauf" und "nicht eingekuppelt" (ausgerückt) werden austauschbar verwendet und beziehen sich auf einen Zustand der Hauptgetriebegruppe, bei dem kein Drehmoment von der Getriebeeingangswelle auf die Hauptwelle übertragen wird (bei Getrieben von dem Figuren 1 und 2 dargestellten allgemeinen Typ). Die Begriffe "Nichtleerlauf" und "eingerückt" sind untereinander austauschbar verwendet und beziehen sich auf einen Zustand der Hauptgetriebegruppe, bei dem eine Hauptgruppengangstufe eingelegt ist und Drehmoment von der Getriebeeingangswelle auf die Hauptwelle übertragen wird (bei Getrieben der in den Figuren 1 und 2 dargestellten, allgemeinen Bauart).
Der Begriff "schneller" (hoher) Gang bezieht sich auf die Gangstufe einer Getriebegruppe, bei der die Drehzahl der Ausgangswelle bei einer gegebenen Eingangswellendrehzahl die größte ist.
In den Figuren 1, 1A und 1B ist ein Verbundgetriebe 10 vom Rangetyp dargestellt. Das Verbundgetriebe 10 weist eine mehrgängige Hauptgetriebegruppe 12 auf, die mit einer Hilfsgruppe 14 vom Rangetyp hintereinander geschaltet ist. Das Getriebe 10 ist von einem Gehäuse H aufgenommen und weist eine Eingangswelle 16 auf, die von einem Primärantrieb, wie einem Dieselmotor E, über eine wahlweise auskuppelbare, normalerweise eingekuppelte Reibungshauptkupplung C angetrieben wird, die eine mit der Motorkurbelwelle 20 verbundenen Eingangs- oder Antriebsabschnitt 18 und einen drehfest mit der Getriebeeingangswelle 16 verbundenen, getriebenen Abschnitt 22 aufweist.
In der Hauptgetriebegruppe 12 trägt die Eingangswelle 16 ein Eingangszahnrad 24, das eine Gruppe im wesentlichen identischer Vorgelegewellenanordnungen 26 und 26A gleichzeitig mit im wesentlichen identischen Drehzahlen antreibt. Die beiden im wesentlichen identischen Vorgelegewellenanordnungen sind an sich diametral gegenüberliegend Seiten der Hauptwelle 28 angeordnet, die im wesentlichen koaxial fluchtend zu der Eingangswelle 16 ausgerichtet ist. Jede der Vorgelegewellenanordnungen weist eine Vorgelegewelle 30 auf, die von Lagern 32, 34 des Gehäuses H abgestützt ist, von dem lediglich ein Abschnitt schematisch dargestellt ist. Jede der Vorgelegewellen ist mit einer identischen Gruppierung von Vorgelegewellenzahnrädern 38, 40, 42, 44, 46 und 48 versehen, die drehfest auf dieser sitzen. Eine Vielzahl Hauptwellenzahnräder 50, 52, 54, 56 und 58 sitzen auf der Hauptwelle 28 und sind zeitlich einander ausschließend drehfest mit der Hauptwelle 28 kuppelbar, indem Schaltmuffen 60, 62 und 64 verschoben werden, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist. Die Kupplungsmuffe 60 kann außerdem dazu verwendet werden, die Eingangswelle 24 mit der Hauptwelle zu koppeln, um eine direkte Antriebsbeziehung zwischen der Eingangswelle 16 und der Hauptwelle 28 zu schaffen.
Typischerweise werden Kupplungsmuffen 60, 62 und 64 mittels Schaltgabeln 60A, 62A bzw. 64A axial positioniert, die mit der Schaltgehäuseanordnung 70 verbunden sind, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist. Die Kupplungsmuffen 60, 62 und 64 können doppelt wirkende Klauenkupplungen synchronisierter oder nicht synchronisierter Bauart sein.
Das Hauptwellenzahnrad 58 ist der Rückwärtsgang und steht über konventionelle (nicht dargestellte) Zwischenzahnräder in ständigem kämmenden Eingriff mit den Vorgelegewellenzahnrädern 48. Es sollte außerdem angemerkt werden, daß, während die Hauptgetriebegruppe 12 fünf auswählbare Vorwärtsgänge liefert, der niedrigste Vorwärtsgang, nämlich der, der durch das antriebsmäßige Verbinden des Hauptwellenzahnrades 56 mit der Hauptwelle 28 erhalten wird, häufig eine derart hohe Untersetzung aufweist, daß er als ein niedriger oder "Kriech"-Gang angesehen wird, der nur zum Anfahren des Fahrzeuges unter schweren Bedingungen verwendet und bei hohen Rangestufen des Getriebes üblicherweise nicht verwendet wird. Entsprechend wird, während die Hauptgetriebegruppe 12 fünf Vorwärtsgänge liefert, diese üblicherweise als eine "vier plus eins" oder "(4 + 1)"-Hauptgruppe bezeichnet, weil lediglich vier der Vorwärtsgänge mit der an diesem verwendeten Hilfsgetriebe-Rangegruppe 14 verbunden werden.
Die Klauenkupplungen 60, 62 und 64 sind Kupplungen mit drei Stellungen, d.h. sie können, wie dargestellt, mittels eines Schalthebels 72 in eine mittige ausgekuppelte Position&sub1; in eine ganz rechte Eingriffsposition oder in eine ganz linke Eingriffsposition überführt werden. Wie es bekannt ist, ist zu einem gegebenen Zeitpunkt lediglich eine der Kupplungen 60, 62 und 64 einrückbar und ein Verriegelungsmittel (nicht dargestellt) der Hauptgetriebegruppe ist dazu vorgesehen, die jeweils anderen Kupplungen in der Leerlaufposition zu verriegeln.
Die Hilfsgetriebe-Rangegruppe 14 enthält zwei im wesentlichen identische Hilfs-Vorgelegewellenanordnungen 74 und 74A, deren jede eine Vorgelegewelle 76 aufweist, die von Lagern 78 und 80 in dem Gehäuse H abgestützt ist und die zwei Hilfsgruppen-Vorgelegewellenzahnräder 82 und 84 drehfest trägt. Die Hilfsgetriebe-Vorgelegewellenzahnräder 82 stehen in ständigem kämmenden Eingriff mit einem drehfest auf der Hauptwelle 28 sitzenden Range/Ausgangswellenzahnrad 86 und stützen dieses, während die Vorgelegewellenzahnräder 84 der Hilfsgruppe in ständigem kämmenden Eingriff mit einem Ausgangswellenzahnrad 88 stehen, das drehbar auf der Getriebeausgangswelle 90 sitzt.
Eine synchronisierte Klauenkupplungsanordnung 92 mit zwei Positionen, die mittels einer Schaltgabel 94 und eines Aktuators 96 für das Schalten der Rangegruppe axial positioniert ist, ist zum Kuppeln entweder des Zahnrades 88 mit der Ausgangswelle 90 zum Betrieb in einer langsamen Rangestufe oder zum Kuppeln des Zahnrades 86 mit der Ausgangswelle 90 vorgesehen, um einen direkten Betrieb oder Betrieb in einer schnellen Rangestufe des Verbundgetriebes 10 zu erhalten. Das Schaltmuster vom "Mehrfach-H"-Typ des Verbundgetriebes 10 vom Rangetyp ist in Fig. 1B schematisch dargestellt. Die Auswahl und/oder Vorauswahl des Betriebes des Getriebes 10 in der langsamen oder der schnellen Rangestufe erfolgt über einen vom Fahrer betätigten Schalter oder Knopf 98, der üblicherweise an dem Schalthebel 72 angeordnet ist.
Obwohl die Hilfsgruppe 14 vom Rangetyp als ein zweigängiger Getriebeabschnitt mit schräg- oder schraubenverzahnten Zahnrädern dargestellt ist, versteht es sich, daß die vorliegende Erfindung auf Getriebe vom Rangetyp anwendbar ist, die Hilfsgruppen vom kombinierten Splitter/Rangetyp aufweisen, die drei oder mehr auswählbare Rangestufen und/oder Planetengetriebe aufweisen. Außerdem können, wie oben dargestellt, eine oder mehrere der Kupplungen 60, 62 und 64 synchronisierte Klauenkupplungen sein und die Getriebegruppen 12 oder 14 können in der Bauart mit einer einzelnen Vorgelegewelle ausgeführt sein.
Die Hauptgetriebegruppe 12 wird durch axiale Bewegung wenigstens einer Schaltstange oder Schaltwelle gesteuert, die in dem Schaltstangengehäuse 70 enthalten und durch Betätigung des Schalthebels 72 gesteuert ist. Wie es bekannt ist, kann der Schalthebel 72 direkt an dem Getriebe oder entfernt von diesem montiert sein. Einrichtungen dieser Bauart sind aus dem Stand der Technik bekannt und aus dem US-Patent Nr. 4.621.537 ersichtlich. Die Rangegruppe wird durch Betätigung des Knopfes 98 oder eines Lagenschalters 98A im Falle einer Steuerung vom "Doppel-H"-Typ gesteuert, wie es beides aus dem Stand der Technik bekannt ist. Das Schaltstangengehäuse 70 kann ebenfalls von der üblicheren Bauart mit mehreren Schaltstangen sein, die aus dem Stand der Technik bekannt und aus den US-Patenten Nrn. 4.782.719; 4.738.863; 4.722.237 und 4.614.126 ersichtlich ist.
Das erfindungsgemäße Steuersystem ist bei Verbundgetrieben mit Rangegruppen, kombinierten Range/Splittergruppen oder Splitter/Rangegruppen gleichermaßen verwendbar.
Es wird auf Fig. 2 Bezug genommen, in der ein mechanisches Gangwechselverbundgetriebe 100 ein Getriebe mit achtzehn Vorwärtsgängen ist und eine Hauptgetriebegruppe 12A aufweist, die zu der oben mit Bezug auf das Getriebe 10 nach dem Stand der Technik beschriebene Hauptgetriebegruppe 12 identisch oder im wesentlichen identisch ist. Die Hauptgetriebegruppe 12A des Getriebes 100 weicht von der Hauptgetriebegruppe 12 des Getriebes 10 lediglich dahingehend ab, daß die Hauptwelle 28a etwas weiter in die Hilfsgetriebegruppe 102 hinein ragt, als die Hauptwelle 28 in die Hilfsgetriebegruppe 14 ragt. Im Hinblick auf den im wesentlichen identischen Aufbau der Hauptgetriebegruppen 12 und 12A wird die Hauptgetriebegruppe 12A nicht nochmals detailliert beschrieben.
Die Hilfsgetriebegruppe 102 enthält zwei im wesentlichen identische Hilfs-Vorgelegewellenanordnungen 104 und 104A, die jeweils eine Hilfsvorgelegewelle 106 aufweisen, die von in dem Gehäuse H vorgesehenen Lagern 108 und 110 gelagert sind und jeweils drei drehfest auf diesen sitzende Vorgelegewellenzahnräder 112, 114 und 116 der Hilfsgruppe tragen. Die Hilfs-Vorgelegewellenzahnräder 112 stehen in ständigem kämmenden Eingriff mit einem Splitterzahnrad 118 des Hilfsabschnittes, das drehbar auf der Hauptwelle 28A sitzt, und tragen dieses. Die Hilfs- Vorgelegewellenzahnräder 114 stehen in ständigem kämmenden Eingriff mit einem Splitter/Rangezahnrad 120 der Hilfsgruppe, das drehbar auf der Ausgangswelle 122 an dem Ende derselben sitzt, das dem koaxialen Ende der Hauptwelle 28A benachbart ist, und tragen dieses. Die Vorgelegewellenzahnräder 116 der Hilfsgruppe stehen in ständigem kämmenden Eingriff mit einem Rangezahnrad 124 der Hilfsgruppe, das drehbar auf der Ausgangswelle 122 sitzt, und stützen dieses. Entsprechend definieren die Vorgelegewellenzahnräder 112 der Hilfsgruppe und das Splitterzahnrad 118 der Hilfsgruppe eine erste Gangebene oder -gruppe, die Vorgelegewellenzahnräder 114 der Hilfsgruppe und das Splitter/Rangezahnrad 120 der Hilfsgruppe definieren eine zweite Gangebene und die Vorgelegewellenzahnräder 116 der Hilfsgruppe und das Rangezahnrad 124 der Hilfsgruppe definieren eine dritte Gangebene oder Ganggruppe der Hilfsgetriebegruppe 102 vom kombinierten Splitter- und Rangetyp.
Eine in zwei Positionen verschiebbare Klauenkupplungsmuffe 126 wird verwendet, um wahlweise entweder das Splitterzahnrad 118 oder das Splitter/Rangezahnrad 120 mit der Hauptwelle 28A zu koppeln, während eine synchronisierte, zwei Positionen aufweisende Einrichtung 128A dazu verwendet wird, das Splitter/Rangezahnrad 120 oder das Rangezahnrad 124 mit der Ausgangswelle 122 zu koppeln. Der Aufbau und die Funktion der doppelt wirkenden&sub1; verschiebbaren Klauenkupplungsmuffe 126 ist im wesentlichen gleich dem Aufbau und der Funktion der verschiebbaren Kupplungsmuffen 60, 62 und 64, die in Verbindung mit dem Getriebe 10 verwendet worden sind, während der Aufbau und die Funktion der doppelt wirkenden synchronisierten Kuppfflungsanordnung 128 im wesentlichen gleich dem Aufbau und der Funktion der synchronisierten Kupplungsanordnung 92 ist, die in Verbindung mit dem Getriebe 10 verwendet worden ist. Synchronisierte Klauenkupplungsanordnungen&sub1; wie die Anordnungen 92 und 128, sind aus dem Stand der Technik bekannt und Beispiele für diese sind den US-Patentschriften Nrn. 4.462.489; 4.125.179 und 2.667.955 entnehmbar.
Solche Kupplungen enthalten typischerweise ein Paar axial in Eingriff bringbarer Klauenkupplungsglieder, eine Sensor/Blockereinrichtung zum Erfassen nicht synchroner Drehung der Klauenkupplungsglieder und zum Sperren des axialen Einrückens derselben sowie ein Paar häufig konischer Reibflächen, die in Eingriff gebracht werden, um die Klauenkupplungsglieder reibungsmäßig zu verbinden und eine im wesentlichen synchrone Drehung derselben herbeizuführen. Beim versuchten Einrücken solcher Anordnungen nimmt die Kupplung, wenn ein im wesentlichen nichtsynchroner Zustand angenommen wird, eine Sperrstellung ein, bei der die Blockereinrichtung ein axiales Einrücken der Klauenkupplungsglieder verhindert und die Reibflächen kräftebelastet in Eingriff stehen. Wenn die Kupplungsanordnung bei hoher axialer Kupplungskraft in der Sperrstellung bleibt, während das Hauptgetriebe für eine längere Zeitspanne eingekuppelt ist, kann die übermäßige Drehmomentbelastung die Reibflächen beschädigen und/oder zerstören.
Der detaillierte Aufbau der bevorzugten Ausführungsform der Hilfsgruppe 102 ist in den Fig. 3A und 3B dargestellt, wobei ersichtlich ist, daß das hintere Ende der in die Hilfsgetriebegruppe 102 ragenden Hauptwelle 28A mit einer externen Profilverzahnung 130 versehen ist, die zu einer inneren Profilverzahnung 132 paßt, die an der Kupplungsmuffe 126 zum drehfesten Kuppeln der Kupplungsmuffe 126 mit der Hauptwelle 28A vorgesehen ist, während eine axiale Bewegung zwischen ihnen ermöglicht wird. Die Kupplungsmuffe 126 ist mit Kupplungszähnen 134 und 136 zum axialen Kuppeln mit Kupplungszähnen 138 und 140 versehen, die an Zahnrädern 118 bzw. 120 vorgesehen sind. Die Kupplungsmuffe 126 ist außerdem mit einer Nut 141 zur Aufnahme einer Schaltgabel 142 versehen.
Das Zahnrad 118 sitzt drehbar auf der Hauptwelle 28A und ist normalerweise lose, um sich in Bezug auf diese drehen zu können, sowie in Bezug auf die Hauptwelle 28A durch Begrenzer 144 axial gehalten. Die Kupplungszähne 136 und 138 weisen Kegelflächen 146 und 148 auf, die um ungefähr 35º in Bezug auf die Achse der Hauptwelle 28A geneigt sind und die eine vorteilhafte Wechselwirkung erbringen, die dazu neigt, dem unsynchronen Einkuppeln entgegenzuwirken, und die außerdem dazu neigt, eine synchrone Drehung herbeizuführen, wie detaillierter in dem US-Patent Nr. 3.265.173 beschrieben ist. Die Kupplungszähne 136 und 140 sind mit ähnlichen komplementären Kegelflächen versehen.
Das Splitter/Rangezahnrad 120 ist an dem inneren Ende 150 der Ausgangswelle 122 mittels eines Paares Kegelrollenlager drehbar abgestützt, während das Rangezahnrad 124 drehbar auf der Ausgangswelle 122 sitzt und axial an diesem mittels Anlaufscheiben gehalten ist. Axial zwischen den Zahnrädern 120 und 124 und mittels der äußeren und inneren Profilverzahnung drehfest an der Ausgangswelle 122 befestigt, ist eine doppelt wirkende synchronisierte Kupplungsanordnung 128 mit zwei Positionen angeordnet. Viele der bekannten synchronisierten formschlüssigen Kupplungsanordnungen sind zur Verwendung in der erfindungsgemäßen Hilfsgetriebegruppe geeignet. Die dargestellte synchronisierte Kupplungsanordnung 128 ist vom Zapfentyp (pin-type), die in dem oben genannten US-Patent Nr. 4.462.489 beschrieben ist. Kurz gesagt, weist die synchronisierte Kupplungsanordnung 128 ein verschiebbares Klauenkupplungsglied 162 auf, das durch eine Schaltgabel 164 axial positioniert wird und Kupplungszähne 166 bzw. 168 zum axialen Kuppeln mit von den Zahnrädern 120 bzw. 124 getragenen Kupplungszähnen 170 bzw. 172 aufweist. An den Zahnrädern 120 und 124 sind konische Reibflächen 174 bzw. 176 zum reibungsmäßigen synchronisierenden Kuppeln mit passenden konischen Reibflächen 178 bzw. 180 ausgebildet, die von Reibringen 182 bzw. 184 der synchronisierten Kupplungsanordnung getragen werden. Sperrzapfen 186 und 188 sind mit den Reibringen 184 bzw. 182 drehfest verbunden und wirken mit Sperröffnungen 190 zusammen, die von dem gleitenden Glied 162 getragen sind, um die Blockierfunktion zu erbringen, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist. Die Synchronisiereinrichtung 128 kann außerdem eine Vielzahl von (nicht dargestellten) Federzapfen aufweisen, um zu Beginn eines Einkuppelvorganges ein beginnendes Greifen der konischen Reibflächen zu erhalten.
Die Ausgangswelle 122 ist von Lagern 192 in dem Gehäuse H gelagert und ragt aus diesem zur Befestigung eines Flanschgliedes Y oder ähnlichem, was typischerweise ein Teil eines Kardangelenkes zum Antreiben einer Kardanwelle zu einem Differential oder ähnlichem bildet. Die Ausgangswelle 122 kann außerdem ein Tachometerzahnrad 194 und/oder verschiedene Dichtungselemente (nicht dargestellt) tragen.
Wie mit Bezug auf die Fig. 2 und 3 ersichtlich ist, können durch wahlweises axiales Positionieren sowohl der Splitterkupplung 126 als auch der Rangekupplung 128, deren jeweilige axial vordere und hintere Position vier unterschiedliche Verhältnisse zwischen der Drehung der Hauptwelle und der Drehung der Ausgangswelle erhalten werden. Entsprechend ist die Hilfsgetriebegruppe 102 eine 3-Ebenen-Hilfsgruppe vom kombinierten Range- und Splittertyp, die vier auswählbare Gänge oder Gangstufen zwischen ihrem Eingang (Vorgelegewelle 28A) und Ausgang (Ausgangswelle 122) erbringt. Getriebe dieser Bauart sind aus dem Stand der Technik bekannt und werden von dem Anmelder, dem Eaton Corporation, unter den Handelsnamen "Super 10" und "Super 18" verkauft und sind detaillierter aus dem US-Patent Nr. 4.754.665 ersichtlich.
Das Schaltmuster des Getriebes 100 ist in Fig. 2A schematisch dargestellt, wobei der Pfeil "S" einen Splitterschaltvorgang und der Pfeil "R" einen Rangeschaltvorgang kennzeichnet.
Bei der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Schalteinrichtung 200 vom Einzel- Schaltwellentyp der in Fig. 4 dargestellten Bauart verwendet. Einrichtungen dieser Bauart sind aus dem Stand der Technik bekannt und den US-Patenten Nr. 4.920.815 und 4.621.537 entnehmbar.
Kurz gesagt, wirkt der Schalthebel 98 mit einem Block 202 zusammen, um eine drehende oder axiale Bewegung einer Welle 204 in Bezug auf das Getriebegehäuse herbeizuführen. Eine Drehbewegung veranlaßt Nutensteine, wie beispielsweise einen Nutenstein 206 und andere unsichtbare Nutensteine, mit Anlageflächen oder Schlitzen zusammenzuwirken, die in den Naben der Schaltgabeln 60A, 62A und 64A vorgesehen sind, um zwei der Schaltgabeln in Bezug auf das Gehäuse axial zu fixieren und die andere Schaltgabel mit der Welle 204 axial zu verbinden. Die axiale Bewegung der Welle 204 und der axial mit dieser verbundenen ausgewählten Schaltgabel ergeben das Ein- und Auskuppeln der diesen zugeordneten Klauenkupplungen.
Entsprechend kann durch Überwachen der axialen Position eines ausgewählten Abschnittes der Schaltwelle 204, wie beispielsweise einer oder mehrerer Leerlaufrastnuten 210 der Zustand der Hauptgetriebegruppe 12 des Getriebes 10, ob sie im Leerlauf oder nicht im Leerlaufzustand ist, erfaßt werden.
Die vorliegende Erfindung ist außerdem auf Verbundgetriebe anwendbar, die mit den bekannten Schaltstangengehäusen der Bauart mit mehreren zueinander parallelen Schaltstangen versehen sind, wie aus den US-Patenten Nr. 4.445.393; 4.275.612; 4.584.895 und 4.722.237 ersichtlich ist. Solche Einrichtungen enthalten typischerweise eine sich rechtwinklig zu den Schaltstangen erstreckende Einrichtung (häufig verbunden mit einer Schaltstangenverriegelungseinrichtung), die eine erste Position einnimmt, wenn alle Schaltstangen in einer axial mittigen Leerlauf- Position stehen, und die eine zweite Stellung einnimmt, wenn eine der Schaltstangen aus ihrer axial mittigen Leerlaufposition heraus verschoben ist.
Die vorliegende Erfindung ist außerdem auf Verbundgetriebe anwendbar, bei denen andere mechanische, elektrische, elektromagnetische oder andere Arten von Sensoren verwendet sind- um Zustände zu erfassen, die für den Leerlauf der Hauptgetriebegruppe (nicht eingerückt oder den Nicht-Leerlauf (eingerückt) kennzeichnend sind.
Obwohl die Hilfsgetriebegruppen typischerweise mit der Hauptgetriebegruppe verbunden sind, ist der Begriff "Hilfsgetriebegruppe", wie er hier verwendet ist, ebenfalls auf getrennte Antriebsstrangeinrichtungen, wie mehrgängige Achsen, mehrgängige Verteilergetriebe und ähnliches anwendbar.
Während die vorliegende Erfindung gleichermaßen auf das in Fig. 1 dargestellte Getriebe 10 und das in den Fig. 2 und 3 dargestellte Getriebe 100 als auch auf andere Verbundgetriebe mit synchronisierten Klauenkupplungsanordnungen in der Hilfsgruppe anwendbar ist, wird die vorliegende Erfindung zum Zwecke der Vereinfachung und der Erleichterung des Verständnisses in erster Linie als bei dem %n den Fig. 1, 1A, 1B und 1C dargestellten Verbundgetriebe vom Range-Typ verwendet, dargestellt.
Bei Annahme einer Schaltungssteuerung des in Fig. 1B dargestellten Typs, d.h. bei einer Steuerung vom "Mehrfach-H" Typ beinhaltet ein Verbundschaltvorgang vom vierten in den fünften Gang ein Ausrücken der Klauenkupplung 60 des Eingangszahnrades 24 des vierten/achten Ganges, danach das Ausrücken der Kupplung 92 des Rangezahnrades 86 für die langsame oder untersetzte Rangestufe und das Kuppeln der Kupplung 92 mit dem Zahnrad 88 für die schnelle oder direkte Rangestufe sowie dann das Kuppeln der Klauenkupplung 62 mit dem Hauptgruppenzahnrad 54 für den ersten/fünften Gang. Um dies auszuführen, muß der Fahrzeugführer "HI" mit dem Rangeauswahlknopf 98 vorwählen, von der 4/8 Position zu N und dann mit dem Schalthebel 72 in die 1/5 Position schalten. Bei Getrieben nach dem Stand der Technik, wie beispielsweise bei dem 9-gängigen RT/RTO 11609 "Roadranger"-Getriebe, das von der Eaton Corporation hergestellt und verkauft wird, ist ein Zwei-Positions-Slaveventil mit einer ersten Position zum Veranlassen der Auswahl der "HI"-Rangestufe und mit einer zweiten Position zur Auswahl der "LO"- Rangestufe in einer seiner beiden Positionen über einen Stößel oder ähnliches verriegelt, sobald die Hauptgetriebegruppe 10 nicht im Leerlauf steht. Beispiele solcher Ventile und Verriegelungseinrichtungen sind aus den oben genannten US-Patenten Nr. 3.229.551; 4.450.869; 4.793.378 und 4.974.474 ersichtlich.
Während diese Einrichtungen die Synchronisiereinrichtungen der Rangegruppe durch Verhindern des Einleitens des Rangeschaltens bis die Hauptgruppe in den Leerlauf geschaltet hat, wie oben dargestellt, unter den meisten Bedingungen schützen, kann unter gewissen Bedingungen ein Schalten der Hauptgruppe vor dem der Rangegruppe beendet sein, was die Synchronisiereinrichtung der Rangegruppe gefährdet. Dies ist ein beträchtlich größeres Problem für Hochschaltvorgänge der Ragegruppe (4. zu 5.) als für Zurückschaltvorgänge (5. zu 4.), weil das Drehmoment auf den Reibkonusflächen (174/178 in Fig. 3A) der Synchronisiereinrichtung beim Einkuppeln des Zahnrades 88 für die direkte Rangestufe dazu neigt, die Tendenz der Synchronisiereinrichtung für das Hängenbleiben an den Blockern der Synchronisiereinrichtung zu erhöhen, während das Drehmoment auf den Reibkonusflächen (176/180 in Fig. 3B) beim Einkuppeln des Zahnrades 86 für die untersetzte Rangestufe dazu tendiert, die Synchronisiereinrichtung in den nicht gesperrten Zustand zu ziehen. Allgemein wird bei Getrieben der in den Fig. 1 und 2 veranschaulichten Bauart das Überhitzen der Synchronisiereinrichtung der Rangegruppe nicht als ein bei Zurückschaltvorgängen der Rangegruppe signifikantes Problem angesehen.
Mit Bezug auf das Getriebe nach Fig. 1 kann ein anderes ernsthaftes Problem eintreten, wenn ein Fahrer im vierten Gang beschließt, hochzuschalten, ein Range-Hochschalten vorwählt und dann den Schalthebel in die Leerlaufposition oder auf diese zu bewegt. Wenn der Fahrer seine Absicht schnell ändert und den Schalthebel zurück in die 4/8-Position bewegt, ohne die Rangeauswahl zu wechseln, versucht die Rangekupplung ein reines 4-8- Range-Hochschalten durchzuführen und die große Drehzahldifferenz zwischen den Reibkonusflächen der Synchronisiereinrichtung kann eine schnelle Beschädigung derselben ergeben. In solchen Situationen kann eine Synchronisiereinrichtung in zwei Sekunden schwer beschädigt oder zerstört werden.
Ähnlich haben unbeabsichtigt versuchte überspringende Verbund-Hochschaltvorgänge vergleichbare Resultate. Wenn bei einem anderen Beispiel ein Fahrer unbeabsichtigt ein Range-Schalten vorwählt oder eine Vorauswahl eines Range-Hochschaltvorganges vergißt und dann ein 4-3-Zurückschalten versucht, ist das tatsächliche Ergebnis ein versuchtes 4-7-Hochschalten mit einer großen Drehzahldifferenz an den Reibflächen der Synchronisiereinrichtung.
Das erfindungsgemäße Steuersystem/Verfahren für die Hilfsgruppe minimiert die Nachteile des Standes der Technik, indem schnellere Range-Schaltvorgänge ermöglicht werden.
Während die vorliegende Erfindung insbesondere zur Steuerung des Einkuppelns einer synchronisierten Rang- Kupplung, insbesondere für die Kupplung der schnellen oder direkten Rangestufe eines Verbundgetriebes geeignet ist, ist es nicht beabsichtigt, auf eine solche Verwendung beschränkt zu sein und sie könnte beim Steuern des Einkuppelns synchronisierter Splitterkupplungen oder ähnlichem verwendbar sein.
Wie aus den Fig. 5 und 6 ersichtlich ist, weist die zweistufige Aktuator-Kolbenanordnung 220 für die Rangekupplung einen Differentialflächenkolben 221 auf, der einen ersten, zum Einkuppeln der Kupplung für die langsame Rangestufe mit Druck zu beauschlagenden Flächenbereich 222 und einen zweiten, größeren Flächenbereich 224 aufweist, der zum Einkuppeln der Kupplung für die schnelle Rangestufe mit der ersten Kraftstärke mit Druck zu beaufschlagen ist. Der Kolben 221 ist in einem in zwei Kammern 222A und 224A unterteilten Zylinder abgedichtet und gleitend verschiebbar aufgenommen. Der Kolben 221 weist eine Stange 226 auf, an der eine Schaltgabel 94 oder 164 zum Verschieben synchronisierter Kupplungen 92 oder 128 in ausgewählte Positionen derselben befestigt ist.
Wie oben dargestellt, können der nicht eingekuppelte (Leerlauf) und der eingekuppelte (Nichtleerlauf) Zustand der Hauptgetriebegruppe (12) des Getriebes (10) durch Erfassen der axial nicht verschobenen oder verschobenen Position der Schaltwelle(n) 204 der Hauptgetriebegruppe erfaßt werden. Eine solche axiale Verschiebung einer Schaltwelle oder Schaltstange kann an der Schaltwelle oder -stange an sich, an Verlängerungen derselben oder an einem Kreuzstück oder ähnlichem erfaßt werden.
Das Masterventil 232 für die Rangegruppe ist an eine Quelle gefilterter und geregelter Druckluft von einem Filterregler 234 her angeschlossen. Bei Schwerlastfahrzeugen beträgt der geregelte Luftdruck üblicherweise 4,22 bis 5,62 kg Pro cm² (60 bis 80 psi). Der Schalter oder Hebel 98 dient dazu, die Signal- oder Pilotleitung 236 für die niedrige Rangestufe entweder druckzubeaufschlagen (langsam/low) oder zu entlüften (schnell/high). Die Pilotleitung 236 für die langsame Rangestufe führt zu dem Range-Slaveventil 238, das ein mittels einer Feder 240 auf die schnelle Rangeposition zu (d.h. die Kammer 224A ist druckbeaufschlagt und die Kammer 222A ist druckentlastet) federnd vorgespanntes 4/2-Wegeventil ist und das durch die Druckbeaufschlagung der Pilotleitung 236 zur Bewegung in die langsame Rangeposition gesteuert ist (das heißt, die Kammer 222A ist druckbeauf schlagt und die Kammer 224A ist druckentlastet).
Ein Verriegelungsstößel 250 wirkt mit einer Verriegelungsnut 210 an der Schaltstange 204 sowie Verriegelungsnuten 252 und 254 an dem Kolben 226 zusammen. Der Zweck der Verriegelungsanordnung 256, die durch den Stößel 250 und die Nuten 250, 252 und 254 gebildet ist, ist, die Hilfs-Rrangegruppe entweder in dem schnellen oder dem langsamen Gang zu verriegeln, wenn die Hauptgetriebegruppe nicht im Leerlauf ist, und die Hauptgetriebegruppe im Leerlauf zu verriegeln, wenn die Hilfs-Rangegruppe nicht entweder in derem schnellen oder langsamen Gang voll eingerückt ist. Verriegelungsanordnungen dieser Bauart sind aus dem Stand der Technik bekannt, wie mit Bezug auf den oben genannten Stand der Technik, das U.S. Patent Nr. 4.974.474 ersichtlich ist.
Eine zweite Verriegelungsanordnung 258 für das Range-Ventil ist durch einen Verriegelungsstößel 260 gebildet, der mit an dem Slave-Ventil 238 vorgesehenen Nuten 262 und 264 sowie einer länglichen Nut 266 an der Schaltstange 204 zusammenwirkt. Der Zweck der Verriegelungsanordnung 258 ist, die Bewegung des Slave-Ventiles 238 in Abhängigkeit einer Vorauswahl durch das Masteroder Vordruckventil 232 zu verhindern, wenn die Hauptgetriebegruppe voll eingerückt bleibt.
Die Verriegelungsanordnung 258 weicht von dem Stand der Technik gemäßen Verriegelungseinrichtungen für das Range-Ventil dahingehend ab, daß die Nut 266 axial verlängert ist und dem Stößel 260 gestattet, das Ventil 238 freizugeben, wenn die Hauptgetriebegruppe auf den Leerlauf zu geschaltet wird, und dies im Gegensatz zu Einrichtungen nach dem Stand der Technik, die keine Freigabe gegeben haben, bis ein Schaltvorgang in den Leerlauf der Hauptgetriebgruppe beendet war. Der Vorteil der Verriegelungseinrichtung 258 ist im Vergleich zu dem Stand der Technik der, daß, wenn ein Range-Schalten vorausgewählt ist und das Hauptgetriebe auf den Leerlauf zu geschaltet wird, die ausgewählten Aktuatorkolbenkammern 222A und 224A wie erforderlich mit Druck beaufschlagt oder von Druck entlastet werden, was es dem Range-Schaltvorgang ermöglicht, in dem Augenblick zu beginnen, in dem der Hauptgruppenleerlauf erreicht ist und die Verriegelungsanordnung 256 ermöglicht die Pewegung des vorbelasteten Kolbens 221. Das obige ergibt einen schnelleren Range- Schaltvorgang und reduziert die Wahrscheinlichkeit, daß ein Schaltvorgang der Hauptgetriebegruppe den der Rangegruppe überholt und/oder daß die Hauptgetriebegruppe im Leerlauf hängenbleibt.
Fig. 5 veranschaulicht das Druckluftsteuersystem 230, wobei sich die Rangegruppe in ihrem schnellen Gang befindet. Die Fig. 6A bis 6D veranschaulichen Abschnitte des Systemes 230 mit einem vorausgewählten Schaltvorgang in eine langsame Rangestufe und mit der von der gegenwärtig eingelegten Gangstufe in den Leerlauf und dann in deren neue Gangstufe geschalteten Hauptgetriebegruppe.
In Fig. 6a ist die langsame Rangestufe durch den Wahlschalter 78 ausgewählt worden und die Pilotleitung 236 für die langsame Rangestufe ist durckbeaufschlagt. Solange die Schaltstangen 204 in der voll eingekuppelten Position der Hauptgetriebegruppe ist, verhindert die Verriegelungseinrichtung 258 des Range-Ventiles die Bewegung des Range-Ventiles 238.
In Fig. 68 hat die Schaltstange 204 begonnen, sich nach links zu bewegen, wobei die Hauptgetriebegruppe auf den Leerlauf zu geschaltet wird. Der Verriegelungsstößel 260 ist in dem linken Ende der Verriegelungsnut 266 der Stange 204 aufgenommen und gibt die Verriegelungsnut 264 an dem Range-Slave-Ventil 238 frei und ermöglicht dem Ventil, sich in seine Stellung für die langsame Gangstufe zu bewegen, bei der die Kammer 224A entlüftet und die Kammer 222A druckbeauf schlagt wird. Der Kolben wird von einer nach rechts gerichteten Bewegung durch die Verriegelungsanordnung behindert.
In Fig. 6C steht die Hauptgetriebegruppe im Leerlauf und gestattet dem Stößel 250, von der Verriegelungsnut 210 in der Schaltstange 204 aufgenommen zu werden und gibt die Verriegelungsanordnung 256 frei, was dem Kolben 221 ermöglicht, sich auf seine Stellung für die langsame Rangestufe zu zu bewegen. Während des Schaltvorganges der Hilfsgruppe ist der Verriegelungsstößel von der Nut 210 aufgenommen, um die Hauptgruppe in ihrer Leerlaufstellung zu verriegeln.
In Fig. 6D ist das Range-Schalten in die langsame Gangstufe beendet, die Verriegelungsanordnung 258 gibt die Schaltstange 204 frei, sobald der Stößel 250 in der Nut 254 der Kolbenstange 226 aufgenommen ist, was es ermöglicht, daß das Hauptgetriebe mit seiner gewünschten Gangstufe wieder eingekuppelt wird.

Claims

1. Verfahren zum Steuern eines druckmittelbetätigten Schaltaktuators (220) für eine Hilfsgetriebegruppe (14) eines Verbundgetriebes (10) mit einer Hauptgetriebegruppe (12), die eingerückte und ausgerückte Stellungen aufweist und die mit der Hilfsgetriebegruppe hintereinander geschaltet ist, wobei die Hilfsgetriebegruppe eine auswählbare hohe Gangstufe und eine auswählbare niedrige Gangstufe aufweist, die jeweils mittels synchronisierter Klauenkupplungsanordnungen (92/128) einrückbar sind, mit Schaltermitteln (98/98A) zum Auswählen einer gewünschten Gangstufe der Hilfsgruppe, wobei der Aktuator (220) einen Kolben (221) mit einer ersten, eine erste Kammer (224A) definierenden Kolbenfläche (224) und mit einer zweiten, eine zweite Kammer (222A) definierenden Kolbenfläche (222) aufweist&sub7; wobei die Druckbeauf schlagung der ersten Kammer (224A) und die Druckentlastung der zweiten Kammer den Aktuator veranlaßt, die synchronisierte Klauenkupplungsanordnung auf das Einrücken der hohen Gangstufe vorzuspannen, und wobei die Druckentlastung der ersten Kammer den Aktuator veranlaßt, die synchronisierte Klauenkupplungsanordnung auf das Einrücken der langsamen Gangstufe vorzuspannen, mit einer gemeinsamen Druckmittelquelle (234), mit einem Auslaß (EX), mit einem Slave- Ventil (238), das von dem Schalter gesteuert ist, der eine erste Position zur Druckbeaufschlagung der ersten Kammer und Druckentlastung der zweiten Kammer und eine zweite Position zur Druckbeaufschlagung der zweiten Kammer und zur Druckentlastung der ersten Kammer aufweist, mit einer Verriegelungsanordnung (256) zum Verhindern der Bewegung des Kolbens, wenn das Hauptgetriebe eingerückt ist, und zum Verhindern des Schaltens des Hauptgetriebes aus der Leerlaufposition heraus, wenn die Hilfsgruppe nicht in deren langsamen oder schnellen Gang eingerückt ist, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist, durch;

Das Vorsehen eines Steuergliedes (204), das eine der eingerückten Position der Hauptgetriebegruppe entsprechende erste Position und eine zweite, gegenüber der ersten Position versetzte und der ausgerückten Position der Hauptgetriebegruppe entsprechende zweite Position aufweist, wobei das Steuerglied eine dritte Position einnimmt, die zwischen seiner ersten und seiner zweiten Position liegt und die seiner zweiten Position benachbart ist, wenn die Hauptgetriebegruppe aus ihrer eingerückten Position auf ihre ausgerückte Position um ein Maß geschaltet ist, das nicht ausreichend ist, um die erste Verriegelungsanordnung (256) freizugeben;

die Verwendung einer unabhängig von der ersten Verriegelungsanordnung arbeitenden, zweiten Verriegelungsanordnung (258), die das Slave-Ventile (238) verriegelt, um eine Bewegung zwischen seiner ersten und seiner zweiten Position zu verhindern, wenn das Steuerglied in seiner ersten Position ist, und

das Freigeben der Bewegung des Slave-Ventiles, wenn (i) das Steuerglied in seiner ersten Position und wenn (ii) das Steuerglied in seiner dritten Position befindlich ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Fluid Druckluft ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Hilfsgruppe eine Rangegruppe ist.

4. System (230) zum Steuern eines druckmittelbetätigten Schaltaktuators (220) für eine Hilfsgetriebegruppe (14) eines Verbundgetriebes (10) mit einer Hauptgetriebegruppe (12), die eingerückte und ausgerückte Positionen aufweist und die mit der Hilfsgetriebegruppe hintereinander geschaltet ist, wobei die Hilfsgetriebegruppe eine auswählbare hohe Gangstufe und eine auswählbare niedrige Gangstufe aufweist, die jeweils mittels synchronisierter Klauenkupplungsanordnungen (92/128) einkuppelbar sind, wobei der Aktuator (220) einen Kolben (221) mit einer ersten, eine erste Kammer (224A) definierenden Kolbenfläche (224) und mit einer zweiten, eine zweite Kammer (222A) definierenden Kolbenfläche (222) aufweist, die erste Kolbenfläche größer ist als die zweite Kolbenfläche, die Druckbeaufschlagung der ersten Kammer (224A) den Aktuator veranlaßt, die synchronisierte Klauenkupplungsanordnung auf das Eirücken der hohen Gangstufe vorzuspannen, und wobei die Druckbeaufschlagung der zweiten Kammer (222A) den Aktuator veranlaßt, die synchronisierte Klauenkupplungsanordnung auf das Einrücken der niedrigen Gangstufe vorzuspannen, wobei das System Schaltermittel (98/98A) zum Auswählen einer gewünschten Gangstufe der Hilfsgruppe, eine gemeinsame Druckmittelguelle (234), einen Auslaß (EX), ein Slave- Ventil (238) das von dem Schalter gesteuert ist, der eine erste Position zur Druckbeaufschlagung der ersten Kammer und Druckentlastung der zweiten Kammer und eine zweite Position zur Druckbeaufschlagung der zweiten Kammer und zur Druckentlastung der ersten Kammer aufweist, und eine erste Verriegelungsanordnung (256) aufweist, zum Verhindern der Bewegung des Kolbens, wenn das Hauptgetriebe eingekuppelt ist, und zum Verhindern des Schaltens des Hauptgetriebes aus der Leerlaufposition heraus, wenn die Hilfsgruppe nicht in deren niedrigen oder hohen Gang eingerückt ist, wobei das System gekennzeichnet ist, durch:

ein Steuerglied (204), das eine der eingerückten Position der Hauptgetriebegruppe entsprechende erste Position und eine zweite, gegenüber der ersten Position versetzte und der nicht eingerückten Position der Hauptgetriebegruppe entsprechende zweite Position aufweist, wobei das Steuerglied eine dritte Position einnimmt, die zwischen seiner ersten und seiner zweiten Position liegt und die seiner zweiten Position benachbart ist, sobald die Hauptgetriebegruppe aus ihrer eingerückten Stellung zu ihrer ausgerückten Position hin um ein Maß geschaltet ist, das nicht ausreichend ist, um die erste Verriegelungsanordnung (256) freizugeben;

eine unabhängig von der ersten Verriegelungsanordnung arbeitende, zweite Verriegelungsanordnung (258), die das Slave-Ventile (238) verriegelt, um eine Bewegung zwischen seiner ersten und seiner zweiten Position zu verhindern, wenn das Steuerglied in seiner ersten Position ist, und die die Bewegung des Slave-Ventiles freigibt&sub7; wenn (i) das Steuerglied in seiner ersten Position und wenn (ii) das Steuerglied in seiner dritten Position befindlich ist.

5. System nach Anspruch 4, bei dem das Fluid Druckluft ist.

6. System nach Anspruch 4 oder 5, bei dem die Hilfsgruppe eine Rangegruppe ist.

7. System nach Anspruch 4, 5 oder 6, bei dem die Hilfsgruppe (14) eine zweigängige Rangegruppe und die schnelle Gangstufe ein direkter Gang ist.