DE69301836T2

DE69301836T2 - Getriebebereich-Schaltgliedsteuersystem und Verfahren zur Verhinderung von Beschädigungen der Synchronisiereinrichtungen dieses Getriebebereichs

Info

Publication number: DE69301836T2
Application number: DE69301836T
Authority: DE
Inventors: Michael James Huggins; Ronald Alan Hutchison; Daniel Alan Monette
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 1992-01-23
Filing date: 1993-01-18
Publication date: 1996-08-01
Anticipated expiration: 2013-01-19
Also published as: US5199312A; JP3312221B2; EP0552900B1; ES2085109T3; JPH05346165A; CA2086866A1; EP0552900A1; CA2086866C; DE69301836D1

Description

Hintergrund der Erfindung

In Beziehung stehende Anmeldungen

Diese Anmeldung steht mit den US-Patentschriften
5 222 404, die mit AUXILIARY SECTION ACTUATOR CON- TROL SYSTEM AND METHOD bezeichnet ist,
5 216 931, die mit INTERLOCK MECHANISM FOR RANGE SECTION SLAVE VALVE bezeichnet ist,
5 172 604, die mit RANGE VALVE PRE-EXHAUST bezeichnet ist,
5 218 878, die mit TWO-STAGE RANGE PISTON/CYLINDER ASSEMBLY bezeichnet ist,
5 224 392, die mit VARIABLE PRESSURE RANGE SECTION ACTUATOR PISTON bezeichnet ist,
5 186 066, die mit DUAL PRESSURE REGULATOR bezeichnet ist,
5 199 311, die mit VARIABLE PRESSURE RANGE SECTION ACTUATOR ASSEMBLY bezeichnet ist,
5 193 410, die mit RANGE SECTION PROTECTION VALVE ASSEMBLY bezeichnet ist,
5 199 314, die mit SYNCHRONIZED SPLITTER SECTION PROTECTION SYSTEM/METHOD bezeichnet ist, in Beziehung, die alle auf den gleichen Anmelder, die Eaton Corporation, zurückgehen.

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System und/oder ein Verfahren zum Steuern des Hilfsgruppenaktuators eines Fahrzeugverbundgetriebes. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf (pneumatische) Druckmittelsysteme und/oder -verfahren zum Steuern des Einrückens der synchronisierten Hilfsgruppen-Klauenkupplungen in Verbundgetrieben der Bauart mit einer oder mehreren mehrgängigen Hilfsgetriebegruppen, die mit einer mehrgängigen Hauptgetriebegruppe hintereinander geschaltet sind. Spezieller bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein (pneumatisches) Druckmittelsteuersystem und/oder -verfahren zum Schutz der synchronisierten Klauenkupplungen der Hilfsgruppe eines Schwerlastfahrzeug-Verbundgetriebes bei einem Verbundschaltvorgang.

Beschreibung des Standes der Technik

Gangwechselverbundgetriebe der Bauart mit einer oder mehreren Hilfsgruppen, die mit einer Hauptgetriebegruppe hintereinander geschaltet sind, sind aus dem Stand der Technik bekannt. Solche Getriebe sind typischerweise bei Schwerlastfahrzeugen, wie großen Lastkraftwagen, Sattelzügen oder ähnlichem, vorhanden. Kurz gesagt ist die Gesamtzahl der verfügbaren Getriebegangstufen bei Verwendung von hintereinander geschalteten Haupt- und Hilfsgetriebegruppen unter Voraussetzung einer richtigen Bemessung der Gangabstände gleich dem Produkt der Gangstufen der Haupt- und der Hilfsgruppe. Bspw. liefert ein Gangwechselverbundgetriebe mit einer vier- (4) gängigen Hauptgruppe, die mit einer drei- (3) gängigen Hilfsgruppe hintereinander geschaltet ist, wenigstens theoretisch zwölf (4x3=12) verfügbare Gangstufen.
Hilfsgetriebegruppen gibt es in drei Grundbauformen: Dem Rangetyp, dem Splittertyp oder dem kombinierten Range/Splittertyp.
Bei Verbundgetrieben mit einer Hilfsgruppe vom Rangetyp ist der Gangabstand oder sind die Gangabstände größer als der Gesamtübersetzungsbereich der Hauptgetriebegruppe und die Hauptgetriebegruppe wird in jedem ihrer Rangebereiche fortschreitend durch ihre Gangstufen geschaltet. Beispiele solcher Verbundgetriebe mit Hilfsgruppen vom Rangetyp sind aus den US-Patenten Nr. 4.974.4741 4.964.313, 4.920.815, 3.105.395, 2.637.222 und 2.637.221 ersichtlich.
Das bekannte RT/RTO 11609 - und das RT/RTO 11610 - "Roadranger" - Getriebe der Anmelderin sind Beispiele für Schwerlastfahrzeuggetriebe vom Rangetyp mit "(4+1) x (2)" neun Gängen und mit "(5) x (2)" zehn Gängen.
Bei Verbundgetrieben mit einer Hilfsgruppe vom Splittertyp sind die Gangabstände der Splitterhilfsgruppe kleiner als die Gangabstände der Hauptgetriebegruppe und jede Hauptgruppengangstufe ist durch die Splittergruppe gesputtet 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 ersichtlich.
Bei einer Hilfgruppe oder bei Hilfsgruppen vom kombinierten Range- und Splittertyp sind sowohl Rangeals auch Splittergangstufen vorgesehen, die es gestatten, die Hauptgruppe in wenigstens zwei Rangestufen fort schreitend durch ihre Gänge zu schalten, und die es außerdem gestatten, daß die Hauptgruppengangstufen in wenigstens einem Rangebereich aufgesplittet werden.
Ein Beispiel eines Verbundgetriebes mit einer einzelnen Hilfsgruppe vom kombinierten Range/Splittertyp ist aus den US-Patenten Nr. 3.283.613, 3.648.546 ersichtlich. Eine drei Gangebenen aufweisende viergängige Hilfsgruppe vom kombinierten Range/ Splittertyp ist aus dem US-Patent Nr. 4.754.665 ersichtlich. Das bekannte RT/RTO 11613 und RT/RTO 14718 "Baton Roadranger" - Getriebe der Anmelderin sind Beispiele eines "(4+1) X (3)" - dreizehngängigen und eines "(4+1) X (4)" - achtzehngängigen Getriebes vom kombinierten Range/Splittertyp.
Ein anderes Beispiel ist das Getriebemodell "Ecosplit", das von der Zahnradfabrik Friedrichshafen Aktiengesellschaft, Friedrichshafen, Bundesrepublik Deutschland, verkauft wird, das eine separate Splitter- Hilfsgruppe vor und eine separate Range-Hilfsgruppe hinter der Hauptgetriebegruppe verwendet.
Es sollte angemerkt werden, daß die Begriffe Hauptund Hilfsgruppe relativ sind und daß die Bezeichnungen der Haupt- und der Hilfsgruppe gerade umgekehrt sind, wenn der Typ der Hilfsgruppe (entweder Range- oder Splitter-) ebenfalls umgekehrt wird. Mit anderen Worten würde, ausgegangen von einem herkömmlich als fünfgängige Hauptgruppe mit zweigänger Hilfsgruppe vom Rangetyp angesehenen Getriebe, wenn die normalerweise als Hilfsgruppe angesehene Gruppe als die Hauptgetriebegruppe angesehen wird, die normalerweise als Hauptgruppe angesehene Gruppe als viergängige Hilfsgruppe vom Splittertyp für diese angesehen werden. Gemäß einer in der Getriebeindustrie allgemein akzeptierten Konvention und wie in dieser Beschreibung der Erfindung verwendet, ist die Hauptgetriebegruppe eines Verbundgetriebes die Gruppe, die die größte (oder wenigstens keine geringere) Anzahl von Vorwärtsgängen aufweist, die die Auswahl einer Leerlaufstellung gestattet, die den (die) Rückwärtsgang (Rückwärtsgänge) und/oder die (bei manuellen oder halbautomatischen Getrieben), im Gegensatz zu Master/Slave-Kolbenzylinderanordnungen oder ähnlichem, durch Betätigung einer Schaltstange, einer Schaltschiene oder einer Schaltwellen/Schaltfingeranordnung betätigt wird.
Bei Verbundgetrieben der Rangebauart, der kombinierten Range/Splitterbauart oder der Splitter/Rangebauart wird die Hauptgetriebegruppe typischerweise mittels einer Schaltstangengehäuseanordnung oder einer Einzelschaltwellenanordnung geschaltet, die mittels eines manuell betätigten Schalthebels oder ähnlichem gesteuert werden, und die Hilfsgruppe wird bei "Wiederholt-H" - Getriebetypen mittels eines Knopfes oder Schalters, der üblicherweise manuell betätigt ist, geschaltet, der einen entfernt angeordneten Slave-Ventil/Aktuatormechanismus steuert. Bei sogenannten "Doppel-H" - oder "Einundeinhalb-H" - Steuerungen wird der Rangebereich durch Schalter geschaltet, die auf das Positionieren des Schalthebels reagieren. 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 nutzt, um eine akzeptable Schaltqualität zu erbringen und vorzeitigen Verschleiß oder Beschädigung der synchronisierten Rangegruppenkupplungen zu verhindern, war es eine Aufgabe des Standes der Technik, Einrichtungen zu schaffen, um sicherzustellen, daß ein Rangeschaltvorgang ausgelöst und hoffentlich beendet wird, während sich die Hauptgetriebegruppe im Leerlauf befindet.
Im Hinblick auf das Obige weisen Verbundgetriebe vom Rangetyp nach dem Stand der Technik üblicherweise ein Steuersystem, üblicherweise ein pneumatisches Steuersystem mit Sperreinrichtungen, auf, die es gestatten, daß ein Rangeschaltvorgang durch Verwendung eines Selektorknopfes oder -schalters an einem Mastersteuerventil vorausgewählt, jedoch nicht ausgelöst wird, bis die Hauptgetriebegruppe in den Leerlaufzustand oder wenigstens auf diesen zu geschaltet ist. Solche Systeme nutzen typischerweise Sperreinrichtungen mechanischer Bauart an der mechanischen Verbindung zu dem Rangegruppenaktuator, die typischerweise die Bewegung der Rangegruppenschaltgabel verhindern, bis die Hauptgruppe in den Leerlauf geschaltet ist, oder der Bauart, bei der das Ventil (häufig als "Slave"-Ventil bezeichnet), das Druckluft zu den Rangegruppenkolben liefert, entweder gesperrt oder nicht mit Druckmittel versorgt wird, bis ein Schaltvorgang in den Hauptgruppenleerlauf erfaßt wird, oder es wird lediglich aktiviert und mit Druckmittel versorgt, wenn die Hauptgruppe in den Leerlauf geschaltet ist und in diesem verbleibt. Beispiele solcher Getriebe und Steuersysteme für diese sind aus den US-Patenten Nr. 2.654.268, 3.138.965 und 4.060.005 ersichtlich. Getriebe mit Rangegruppen-Steuerventilen (Versorgung und/oder Ablaß), die gesperrt sind, bis ein Schalten der Hauptgetriebegruppe in den Leerlauf erfolgt, sind aus den US- Patenten 3.229.551, 4.450.869, 4.793.378 und 4.974.474 ersichtlich.
Während Systeme nach dem Stand der Technik einen beträchtlichen Schutz der Rangegruppen-Synchronisiereinrichtungen erbringen, indem sie das Einleiten eines Rangeschaltvorganges verhindern, bis die Hauptgetriebegruppe in den Leerlauf geschaltet ist, sind sie insofern nicht gänzlich befriedigend, als sie, während sie sicherstellen, daß ein Rangeschaltvorgang nicht ausgelöst wird, bis die Hauptgetriebegruppe im Leerlauf befindlich ist, den Zustand nicht verhindern, bei dem der Hauptgetriebeschaltvorgang schneller ist als der Rangeschaltvorgang (das heißt, diesen "schlägt"). Wie es bekannt ist, wird unter gewissen Bedingungen, wenn die synchronisierte Rangeschaltkupplung versucht einzurücken, während die Hauptgruppe eingerückt ist, ein Teil des Motordrehmoments ganz durch im Eingriff befindliche Reibflächen der Synchronisiervorrichtung auf die Fahrzeugantriebsräder übertragen und die Synchronisierreibelemente können schnell beschädigt werden. Unter solchen Bedingungen können die Rangegruppen-Synchronisiereinrichtungen insbesondere die Synchronisiereinrichtung für die direkte oder schnelle Rangestufe, relativ schnell beschädigt oder zerstört werden. Im Falle eines unbeabsichtigten Versuches, einen reinen Rangeschaltvorgang auszuführen, kann eine solche Beschädigung innerhalb von ungefähr zwei (2,0) Sekunden erfolgen.
Getriebe mit mechanischen Sperreinrichtungen, sowohl der starren als auch der nachgiebigen Bauart, sind aus den US-Patenten 4.974.474, 4.944.197 und 4.296.642 ersichtlich. Solche Einrichtungen verriegeln die Rangeschaltkupplung typischerweise in der oberen oder unteren Position, während die Hauptgetriebegruppe nicht im Leerlauf befindlich ist, und/oder verriegeln die Hauptgetriebegruppe im Leerlauf, wenn die Rangeschaltkupplung nicht in ihrer schnellen oder langsamen Position eingerückt ist. Wenn diese Systeme richtig arbeiten, verhindern sie eine Beschädigung der Synchronisiereinrichtungen der Rangegruppe, die durch versuchtes Einrücken einer Rangeschaltkupplung bei nicht im Leerlauf befindlicher Hauptgetriebegruppe verursacht ist, während sie dennoch insofern nicht gänzlich zufriedenstellend sind, als (i) ein schnelles Schalten der Hauptgetriebegruppe ergeben kann, daß die Hilfsgruppe in einer ungewünschten Gangstufe verriegelt bleibt, als (ii) sobald eine Rangeschaltkupplung an der Sperrvorrichtung hängenbleibt, die Hauptgetriebegruppe nicht aus dem Leerlauf geschaltet werden kann, um die Kupplungen zu manipulieren, als (iii) nachgiebige Einrichtungen nicht richtig einrasten oder hängenbleiben können, als (iv) an den Sperr- und/oder Schaltaktuatorelementen eine beträchtliche Abnutzung und Belastung hervorgerufen werden kann und/oder als (v) mit der Abnutzung die Reibbeläge des Sperrmechanismus hängenbleiben können. Die US-A-2 778 247 offenbart die Kombination des Oberbegriffes der Patentansprüche 1 und 12, jedoch befaßt sie sich nicht adäquat mit dem Problem des vorzeitigen Wiedereinrückens der Hauptgetriebegruppe, das heißt bevor die Hilfsgruppe ganz synchronisiert und eingerückt oder wieder eingerückt ist.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die Nachteile des Standes der Technik minimiert oder überwunden, indem ein druckmittelbetätigtes Hilfsgruppen-Aktuatorsteuersystem und -verfahren vorgesehen worden ist, das die Hilfsgruppen-Synchronisiereinrichtung schützt, wenn die Hauptgetriebegruppe vor dem Beenden eines versuchten Hilfsgruppenschaltvorganges eingerückt ist, und das außerdem das Einleiten eines Rangegruppenschaltvorganges verhindert. bis die Hauptgetriebegruppe in den Leerlauf geschaltet wird.
Das Obige wird erreicht, indem Mittel vorgesehen werden, die erfassen, ob die Hilfsgetriebegruppe in einem Leerlauf- oder in einem Nichtleerlaufzustand befindlich ist und die den Zustand einer ersten Kammer ändern, um Druckmittel aus einem Hilfsgruppen-Schaltaktuatormittel auszulassen, wenn die Hauptgetriebegruppe aus dem Leerlauf in einen eingerückten Zustand überführt wird.
Die Erfindung ist insbesondere zum Steuern des Einrückens der synchronisierten Kupplung des schnellen oder direkten Rangeganges geeignet. Ein Schutz für die synchronisierte Hilfsgruppenkupplung des langsamen oder untersetzten Ganges ist üblicherweise nicht erforderlich, weil das Drehmoment über die Reibflächen der Synchronisiereinrichtung beim Schalten in den unteren Hilfsgruppengang, insbesondere bei Synchronisiereinrichtungen vom Zapfentyp, dazu tendiert, das Freigeben eine gesperrten Synchronisiereinrichtung zu verursachen, um ein schnelles Einrücken der Kupplung zu veranlassen.
Entsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neues und verbessertes (Range-) Hilfsgruppen-Schaltsteuersystem für ein Verbundgetriebe der Bauart zu schaffen, bei der synchronisierte Klauenkupplungen in den Hilfsgruppen verwendet sind.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein druckmittelbetätigtes Hilfsgruppenaktuatorsteuersystem/-verfahren zu schaffen, um eine ausgewählte synchronisierte Hilfsgruppenkupplung (üblicherweise der direkten oder schnellen Rangestufe) nur dann in Eingriffsrichtung vorzuspannen, wenn die Hauptgetriebegruppe nicht eingerückt ist.
Diese und andere Aufgaben und Vorzüge der vorliegenden Erfindung werden aus dem Studium der detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine schematische Veranschaulichung eines Verbundgetriebes mit einer Hilfsgruppe vom Splittertyp und mit einem pneumatischen Steuersystem nach der vorliegenden Erfindung.
Fig. 1A ist eine schematische Veranschaulichung der Schalteinrichtung des Getriebes nach Fig. 1.
Fig. 1B ist eine schematische Veranschaulichung des Schaltmusters vom "Wiederholt-H" - Typ des Getriebes nach Fig. 1.
Fig. 1C ist eine schematische Veranschaulichung eines Schaltmusters vom "Doppel-H" - Typ für das Getriebe nach Fig. 1.
Fig. 2 ist eine schematische Veranschaulichung eines Verbundgetriebes mit einer Hilfsgruppe vom kombininierten Splitter/Rangetyp, bei dem das erfindungsgemäße pneumatische Steuersystem insbesondere zweckmäßig ist.
Fig. 3 (A und B) ist eine ausschnittsweise Querschnittsdarstellung der Hilfsgruppe 102 des Getriebes 100.
Fig. 4 ist eine schematische perspektivische Darstellung eines Schaltmechanismus vom Einzelschaltwellentyp.
Fig. 5 ist eine schematische Veranschaulichung eines Druckluftsteuersystemes zur Verwirklichung der vorliegenden Erfindung.
Fig. 6 ist eine schematische Veranschaulichung eines alternativen Druckluftsteuersystemes.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

In der folgenden Beschreibung wird lediglich zur bequemeren Bezugnahme und ohne beschränkende Wirkung eine gewisse Terminologie verwendet. Die Wort "nach oben", "nach unten", "nach rechts" und "nach links" bezeichnen Richtungen in den Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. Die Worte "nach vorn", "nach hinten" beziehen sich entsprechend auf das vordere und das hintere Ende des Getriebes, wie es herkömmlicherweise in einem Fahrzeug montiert ist, und bezeichnen entsprechend die rechte und linke Seite des in Fig. 1 veranschaulichten Getriebes. 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 beinhaltet die oben spezifisch genannten Worte, Ableitungen von diesen sowie Worte von ähnlicher Bedeutung.
Der Begriff "Verbundgetriebe" wird verwendet, um ein Geschwindigkeits- oder Gangwechselgetriebe mit einer mehrere Vorwärtsgänge aufweisenden Hauptgetriebegruppe und einer mehrere Gänge aufweisende Hilfsgetriebegruppe zu bezeichnen, die hintereinander geschaltet sind, wobei die ausgewählte Untersetzung der Hauptgetriebegruppe durch eine weiter ausgewählte Untersetzung der Hilfsgetriebegruppe unterteilt werden kann. "Synchronisierte Kupplungsanordnung" und Worte ähnlicher Bedeutung bezeichnen eine formschlüssige Klauenkupplungsanordnung, die verwendet wird, um ein ausgewähltes Zahnrad mittels einer formschlüssigen Kupplung drehfest mit einer Welle zu kuppeln, wobei ein versuchtes Einrücken der Kupplung verhindert wird, bis die Kupplungshälften im wesentlichen synchron drehen, und bei der Reibmittel mit relativ hoher Leistungsfähigkeit an den Kupplungshälften verwendet werden und ausreichend sind, um bei Einleiten des Einrückens der Kupplung dafür zu sorgen, daß die Kupplungshälften und alle mit diesen umlaufenden Elemente mit im wesentlichen synchroner Drehzahl drehen.
Die Begriffe "Leerlauf" und "nicht eingerückt" sind synonym verwendet und bezeichnen einen Zustand der Hauptgetriebegruppe, bei dem kein Drehmoment von der Getriebeeingangswelle auf die Hauptwelle (in Getrieben des in den Fig. 1 und 2 veranschaulichten allgemeinen Typs) übertragen wird. Die Betriffe "Nichtleerlauf" und "eingerückt" sind synonym verwendet und beziehen sich auf einen Zustand der Hauptgetriebegruppe, bei dem ein Hauptgetriebegruppengang eingerückt ist und Antriebsdrehmoment von der Getriebeeingangswelle auf die Hauptwelle übertragen wird (in Getrieben der in den Fig. 1 und 2 veranschaulichten allgemeinen Bauart).
Der Begriff "schneller Gang" bezieht sich auf denjenigen Gang einer Getriebegruppe, bei dem die Drehzahl der Ausgangswelle für eine gegebene Eingangswellendrehzahl die größte ist.
In den Fig. 1, 1A und 1B ist ein Verbundgetriebe 10 vom Splittertyp veranschaulicht. Das Verbundgetriebe 10 weist eine vielgängige Hauptgetriebegruppe 12 auf, die mit einer Hilfsgruppe 14 vom Rangetyp hintereinandergeschaltet ist. Das Getriebe 10 ist von einem Gehäuse H aufgenommen und weist eine Eingangswelle 16 auf, die von einem Primärantrieb, wie bspw. einem Dieselmotor E, über eine wahlweise ausgerückte, normalerweise eingerückte, Reibungshauptkupplung C angetrieben ist, die einen Eingangs- oder Antriebsabschnitt 18, der treibend mit der Motorkurbelwelle 20 verbunden ist, sowie einen angetriebenen Abschnitt 22 aufweist, der drehfest mit der Getriebeeingangswelle 16 verbunden ist.
In der Hauptgetriebegruppe 12 trägt die Eingangswelle 16 ein Eingangszahnrad 24, um eine Vielzahl von im wesentlichen identischen Vorgelegewellenanordnungen 26 und 26A mit im wesentlichen identischen Drehzahlen gleichzeitig anzutreiben. Die beiden im wesentlichen identischen Vorgelegewellenanordnungen sind an einander diametral gegenüberliegenden Seiten der Hauptwelle 28 angeordnet, die mit der Eingangswelle 16 im wesentlichen koaxial fluchtend ausgerichtet ist. Jede der Vorgelegewellenanordnungen weist eine Vorgelegewelle 30 auf, die von Lagern 32 und 34 in dem Gehäuse H abgestützt sind, von dem lediglich ein Abschnitt schematisch veranschaulicht ist. Jede der Vorgelegewellen ist mit einer identischen Gruppierung von Vorgelegewellenzahnrädern 38, 40, 42, 44, 46 und 48 drehfest verbunden. Eine Vielzahl von Hauptwellenzahnrädern 50, 52, 54, 56 und 58 sitzt auf der Hauptwelle 28 und sind zeitlich einander ausschließend drehfest mit der Hauptwelle 28 kuppelbar, indem Kupplungsmuffen 60, 62 und 64 verschoben werden, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist. Die Kupplungsmuffe 60 kann außerdem verwendet werden, um das Eingangszahnrad 24 mit der Hauptwelle 28 zu kuppeln, um eine direkte Antriebsbeziehung zwischen der Eingangswelle 16 und der Hauptwelle 28 zu schaffen.
Typischerweise werden die Kupplungsmuffen 60, 62 und 64 mittels Schaltgabeln 60A, 62A bzw. 64A axial positioniert, die mit der Schaltstangengehäuseanordnung 70 verbunden sind, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist. Die Kupplungsmuffen 60, 62 und 64 können von der bekannten synchronisierten oder unsynchronisierten doppelt wirkenden Klauenkupplungsbauart sein.
Das Hauptwellenzahnrad 58 ist das Rückwärtsgangzahnrad und steht über herkömmliche zwischenliegende Faulenzerräder (nicht dargestellt) in ständigem kämmenden Eingriff mit den Vorgelegewellenzahnrädern 48. Es sollte außerdem angemerkt werden, daß, während die Hauptgetriebegruppe 12 fünf auswählbare Vorwärtsgangstufen erbringt, die niedrigste Vorwärtsgangstufe, nämlich diejenige, die durch Antriebsverbindung zwischen dem Hauptwellenantriebszahnrad 56 mit der Hauptwelle 28 erbracht wird, häufig von einer so hohen Untersetzung ist, daß sie als niedriger oder "Kriech" - Gang angesehen wird, der lediglich zum Anfahren des Fahrzeuges unter schweren Bedingungen benutzt und üblicherweise in dem oberen Getrieberangebereich nicht benutzt wird. Während die Getriebegruppe 12 fünf Vorwärtsgänge erbringt, wird sie üblicherweise entsprechend als eine "vier plus eins" oder " (4+1) - Hauptgruppe bezeichnet, weil lediglich vier der Vorwärtsgänge durch die Hilfsgetriebesplittergruppe 14 unterteilt werden, die mit dieser verwendet ist.
Die Klauenkupplungen 60, 62 und 64 sind insoweit Dreipositionskupplungen, als sie mittels eines Schalthebels 72 in die mittige, wie dargestellt nicht eingerückte, Position oder in eine gänzlich nach rechts eingerückte oder in eine gänzlich nach links eingerückte Position gebracht werden können. Wie es bekannt ist, ist zu einem gegebenen Zeitpunkt lediglich eine der Kupplungen 60, 62 und 64 einrückbar und es sind Hauptgruppenverriegelungsmittel (nicht dargestellt) vorgesehen, um die anderen Kupplungen in dem Neutralzustand zu verriegeln.
Die Hilfsgetriebe-Splittergruppe 14 enthält zwei im wesentlichen identische Hilfsgruppen-Vorgelegewellenanordnungen 74 und 74A, die jeweils eine von Lagern 78 und 80 in dem Gehäuse H abgestützte Hilfsgruppenvorgelegewelle 76 aufweisen, die zwei Hilfsgruppen-Vorgelegewellenzahnräder 82 und 84 drehfest tragen. Die Hilfsgruppen- Vorgelegewellenzahnräder 82 stehen in ständigem kämmenden Eingriff mit dem Range/Ausgangszahnrad 86, das drehfest mit der Hauptwelle 28 verbunden ist, und tragen dieses, während die Hilfsgruppen-Vorgelegewellenzahnräder 84 in ständigem kämmenden Eingriff mit dem Ausgangszahnrad 88 stehen, das auf einer Getriebeausgangswelle 90 sitzt.
Eine synchronisierte Zweipositions-Klauenkupplungsanordnung 92, die mittels einer Schaltgabel 94 und der Rangegruppen-Schaltaktuatoranordnung 96 axial positioniert wird, ist vorgesehen, um entweder für den Betrieb des Verbundgetriebes 10 im unteren Rangebereich das Zahnrad 88 mit der Ausgangswelle 90 oder für den direkten Betrieb oder Betrieb im oberen Rangebereich das Zahnrad 86 mit der Ausgangswelle 90 zu kuppeln. Das Schaltmuster vom "Wiederholt-H" - Typ für das Verbundgetriebe 10 vom Rangetyp ist in Fig. 1B schematisch veranschaulicht. Auswahl und/oder Vorauswahl des Betriebs des Getriebes 10 im unteren oder oberen Rangebereich erfolgt mittels eines vom Fahrer betätigten Schalters oder Knopfes 98, der üblicherweise an dem Schalthebel 72 angeordnet ist.
Obwohl die Hilfsgruppe 14 vom Rangetyp als eine zweigängige Gruppe mit einem schräg- oder schraubenverzahnten Getriebe veranschaulicht ist, versteht es sich, daß die vorliegende Erfindung auch auf Getriebe vom Rangetyp anwendbar ist, die kombinierte Splitter/ Rangehilfsgruppen mit drei oder mehr auswählbaren Rangegängen aufweisen und/oder ein Planetengetriebe nutzen. Außerdem können, wie oben angedeutet ist, jede oder mehrere der Kupplungen 60, 62 oder 64 vom synchronisierten Klauenkupplungstyp sein und die Getriebegruppen 12 und/oder 14 können von der Bauart mit einer einzelnen Vorgelegewelle sein.
Die Getriebegruppe 12 wird durch axiale Bewegung von 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 Ge triebe oder entfernt von diesem montiert sein. Einrichtungen dieser Bauart sind aus dem Stand der Technik bekannt und sind aus dem US-Patent Nr. 4.621.537 ersichtlich. Die Rangegruppe ist durch Betätigung eines Knopfes 98 oder eines Positionsschalters 98A in dem Falle einer Steuerung vom "Doppel-H" - Typ, die beide aus dem Stand der Technik bekannt sind, gesteuert, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist. Das Schaltstangengehäuse 70 kann außerdem von der herkömmlicheren Bauart mit mehreren Schaltstangen sein, die aus dem Stand der Technik bekannt und aus den US-Patenten Nr. 4.782.719, 4.722.237 und 4.614.126 ersichtlich ist.
Das erfindungsgemäße Steuersystem ist gleichermaßen bei Verbundgetrieben mit Range-, kombinierten Range/- Splitter- oder Splitter/Range-Hilfsgruppen anwendbar.
Das mechanische Gangwechselverbundgetriebe 100 ist, Bezug nehmend auf Fig. 2, ein Getriebe mit achtzehn Vorwärtsgängen, mit einer Hauptgetriebegruppe 12A, die identisch oder im wesentlichen identisch zu der oben mit Bezug auf das Getriebe 10 nach dem Stand der Technik beschriebenen Getriebegruppe 12 ist. Die Hauptgetriebegruppe 12A des Getriebes 100 weicht von der Hauptgetriebegruppe 12 des Getriebes 10 lediglich dahingehend ab, daß sich die Hauptwelle 28A etwas weiter in die Hilfsgetriebegruppe 102 hinein erstreckt, als sich die Hauptwelle 28 in die Hilfsgetriebegruppe 12 erstreckt. 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 Hilfsgruppenvorgelegewellenanordnungen 104 und 104A, die jeweils eine Hilfsgruppenvorgelegewelle 106 aufweisen, die von Lagern 108 und 110 in dem Gehäuse H gestützt sind und drei Hilfsgruppen-Vorgelegewellenzahnräder 112, 114 und 116 drehfest tragen. Die Hilfsgruppen-Vorgelegewellenzahnräder 112 stehen in ständigem kämmenden Eingriff mit dem auf der Hauptwelle 28A sitzenden Hilfsgruppensplitterzahnrad 18 und tragen dieses. Die Hilfsgruppen-Vorgelegewellenzahnräder 114 stehen in ständigem kämmenden Eingriff mit dem Hilfsgruppensplitter/Rangezahnrad 120, das auf der Ausgangswelle 122 an dem Ende derselben sitzt, das dem koaxialen Ende der Hauptwelle 28A benachbart ist, und tragen dieses. Die Hilfsgruppen-Vorgelegewellenzahnräder 116 stehen in ständigem kämmenden Eingriff mit dem auf der Ausgangswelle 122 sitzenden Hilfsgruppenrangezahnrad 124 und tragen dieses. Entsprechend definieren die Hilfsgruppen-Vorgelegewellenzahnräder 112 und das Splitterzahnrad 118 eine erste Gangebene, die Hilfsgruppen-Vorgelegewellenzahnräder 114 und das Splitter-/Rangezahnrad 120 definieren eine zweite Gangebene und die Hilfsgruppenvorgelegewellenzahnräder 116 und das Rangezahnrad 124 definieren eine dritte Gangebene oder Ganggruppe der Hilfsgetriebegruppe 102 vom kombinierten Splitter- und Rangetyp.
Es wird eine verschiebbare Zweipositions-Klauenkupplungsmuffe 126 verwendet, um wahlweise entweder das Splitterzahnrad 118 oder das Splitter-/Rangezahnrad 120 mit der Hauptwelle 28A zu kuppeln, während eine synchronisierte Zweipositions-Kupplungsanordnung 128 verwendet wird, um wahlweise entweder das Splitter-/Rangezahnrad 120 oder das Rangezahnrad 124 mit der Ausgangswelle 122 zu kuppeln Der Aufbau und die Funktion der doppelt wirkenden verschiebbaren Klauenkupplungsmuffe 126 ist im wesentlichen identisch dem Aufbau und der Funktion der verschiebbaren Klauenkupplungsmuffen 60, 62 und 64, die in Verbindung mit dem Getriebe 10 verwendet sind, während der Aufbau und die Funktion der doppelt wirkenden synchronisierten Kupplungsanordnung 128 im wesentlichen identisch dem Aufbau und der Funktion der synchronisierten Kupplungsanordnung 92 ist, die in Verbindung mit dem Getriebe 10 verwendet worden ist. Die synchronisierten Kupplungsanordnungen, wie bspw. die Anordnungen 92 und 128, sind aus dem Stand der Technik bekannt und Beispiele für diese sind mit Bezug auf die US-Patente Nr. 4.462.489, 4.125.179 und 2.667.955 ersichtlich.
Solche Kupplungen enthalten typischerweise ein Paar axial in Eingriff bringbare Klauenkupplungselemente, eine Sensor-/Sperreinrichtung zum Erfassen nichtsynchroner Drehung der Klauenkupplungselemente und zum Sperren axialen Eingriffs derselben sowie ein Paar häufig konischer Reibflächen, die in Eingriffsrichtung vorgespannt werden, um die Klauenkupplungselemente reibungsmäßig zu verbinden, um im wesentlichen synchrone Drehung derselben herbeizuführen. Bei versuchtem Einrücken solcher Anordnungen wird die Kupplung, einen im wesentlichen nichtsynchronen Zustand vorausgesetzt, eine blockierte Position einnehmen, bei der die Sperreinrichtung das axiale Einrücken der Klauenkupplungselemente verhindert und die Reiblächen kraftbelastet in Eingriff stehen. Wenn die Kupplungsanordnung unter einer hohen axialen Eingriffskraft in der blockierten Position verbleibt, während die Hauptgetriebegruppe für eine längere Zeitspanne eingerückt ist, kann eine übermäßige Drehmomentbelastung die Reibflächen beschädigen und/oder zerstören.
Der detaillierte Aufbau der bevorzugten Ausführungsforir der Hilfsgruppe 102 ist in den Fig. 3A und 38 veranschaulicht, aus denen ersichtlich ist, daß das sich in die Hilfsgetriebegruppe 102 erstreckende hintere Ende der Hauptwelle 28A mit einer äußeren Profilverzahnung 130 versehen ist, die zu einer inneren Profilverzahnung 132 paßt, die an der Kupplungsmuffe 126 vorgesehen ist, um die Kupplungsmuffe 126 drehfest mit der Hauptwelle 28A zu kuppeln, während eine relative axiale Bewegung zwischen diesen ermöglicht ist. Die Kupplungsmuffe 126 ist mit Kupplungszähnen 134 und 136 versehen, um wahlweise axial mit Kupplungszähnen 138 und 140 eingerückt zu werden, die an den 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 auf der Hauptwelle 28A und ist normalerweise in Bezug auf diese frei drehbar sowie mittels Halterungen 144 in Bezug auf die Hauptwelle 28A axial gehalten. Die Kupplungszähne 136 und 138 weisen Schrägflächen 146 und 148 auf, die mit ungefähr 35º in Bezug auf die Achse der Hauptwelle 28A schräggestellt sind, was eine vorteilhafte Wirkung erbringt, die dazu tendiert, dem unsynchronen Einrücken zu widerstehen und die außerdem dazu tendiert, 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 Schrägflächen versehen.
Das Splitter-/Rangezahnrad 120 ist an dem inneren Ende 150 der Ausgangswelle 122 mittels eines Drucklagerpaares gehalten, während das Rangezahnrad 124 auf der Ausgangswelle 124 sitzt und an dieser axial mittels Druckscheiben gehalten ist. Axial zwischen den Zahnrädern 120 und 124 angeordnet und mittels einer externen und einer inneren Profilverzahnung drehfest an der Ausgangswelle 122 gehalten, ist die doppelt wirkende synchronisierte Zweipositionskupplungsanordnung 128. Von den bekannten synchronisierten formschlüssigen Kupplungsanordnungen sind viele zur Verwendung in der Hilfsgetriebegruppe der vorliegenden Erfindung geeignet. Die veranschaulichte synchronisierte Kupplungsanordnung 128 ist von dem in dem oben genannten US-Patent Nr. 4.462.489 beschriebenen Zapfentyp. Die synchronisierte Kupplungsanordnung 128 enthält, kurz gesagt, ein verschiebbares Klauenkupplungselement 162, das mittels einer Schaltgabel 164 axial positionierbar ist und Kupplungszähne 166 bzw. 168 trägt, um axial mit Kupplungszähnen 170 bzw. 172 in Eingriff gebracht zu werden, die von den Zahnrädern 120 bzw. 124 getragen sind. Die Zahnräder 120 und 124 definieren Reibkonusflächen 174 bzw. 176, um reibungsmäßig und synchronisierend mit passenden Reibkonusflächen 178 bzw. 180 in Eingriff gebracht zu werden, die von den Reibringen 182 bzw. 184 der synchronisierten Kupplungsanordnung getragen sind. Sperrzapfen 186 und 188 sind mit den Reibringen 184 bzw. 182 drehfest verbunden und wirken mit Sperröffnungen 190 zusammen, die an dem gleitenden Element 162 vorgesehen sind, um die Sperrfunktion zu erbringen, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist. Die synchronisierende Anordnung 128 kann außerdem eine Vielzahl von Federzapfen (nicht dargestellt) aufweisen, um ein anfängliches Greifen der konischen Reibflächen bei Einleitung eines Kupplungseinrückvorganges zu erbringen.
Die Ausgangswelle 122 ist von Lagern 192 in dem Gehäuse H getragen und erstreckt sich von diesem zur Befestigung eines Jochelementes Y oder ähnlichem, das typischerweise einen Abschnitt eines Kardangelenkes zum Antrieb einer Antriebswelle zu einem Differential oder ähnlichem bildet. Die Ausgangswelle 122 kann außerdem ein Tachometerzahnrad 194 und/oder unterschiedliche 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 Rangeschaltkupplung 128 in deren jeweiliger nach vorn und nach hinten gerichteter axialer Richtung vier unterschiedliche Verhältnisse der Hauptwellendrehung zu der Ausgangswellendrehung erhalten werden. Entsprechend ist die Hilfsgetriebegruppe 102 eine Dreiebenen-Hilfsgruppe vom kombinierten Range- und Spilttertyp mit vier auswählbaren Gängen oder Untersetzungsverhältnissen zwischen ihrem Eingang (Vorgelegewelle 28A) und ihrem Ausgang (Ausgangswelle 122). Getriebe dieser Bauart sind aus dem Stand der Technik bekannt von der Anmelderin Eaton Corporation unter den Handelsnamen "Super 10" und "Super 18" vertrieben sowie in detaillierterer Form aus dem US-Patent Nr. 4.754.665 ersichtlich.
Das Schaltmuster des Getriebes 100 ist in Fig. 2A schematisch veranschaulicht, wobei der "S"-Pfeil einen Splitterschaltvorgang und der "R"-Pfeil einen Rangeschaltvorgang kennzeichnen.
Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Schaltmechanismus 200 der in Fig. 4 veranschaulichten Bauart vom Einzelschaltwellentyp verwendet. Mechanismen dieser Bauart sind aus dem Stand der Technik bekannt und können aus dem US-Patent Nr. 4.920.815 und 4.621.537 entnommen werden.
Kurz gesagt wirkt der Schalthebel 98 mit dem Blockelement 202 zusammen, um eine Dreh- oder Axialbewegung der Schaltwelle 204 in Bezug auf das Getriebegehäuse herbeizuführen. Eine Drehbewegung veranlaßt Federn, wie bspw. die Feder 206 und eine andere nicht sichtbare Feder, mit Anlageflächen oder Schlitzen zusammenzuwirken, die in Naben der Schaltgabeln 60A, 62A und 64A vorgesehen sind, um zwei der Schaltgabeln in Bezug auf das Gehäuse axial zu fixieren und um die andere Schaltgabel mit der Welle 204 axial zu verbinden. Eine Axialbewegung der Welle 204 und der ausgewählten, an dieser axial fixierten Schaltgabel ergibt ein Einrücken und Ausrücken der dieser zugeordneten Klauenkupplungen.
Entsprechend kann durch Überwachen der Axialposition eines ausgewählten Segmentes der Schaltwelle 204, wie eine oder mehrere Leerlaufrastnuten 210, der Leerlaufund Nichtleerlaufzustand der Hauptgetriebegruppe 12 des Getriebes 10 erfaßt werden.
Die vorliegende Erfindung ist außerdem auf Verbundgetriebe anwendbar, die Schaltstangengehäuseanordnungen der bekannten Bauart mit mehreren, zueinander parallelen Schaltstangen nutzen, wie mit Bezug auf die US-Patente 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 (häufig einem Schaltstangenverriegelungsmechanismus zugeordnete) Anordnung, die eine erste Position einnimmt, wenn alle Schaltstangen in einer axial mittigen Leerlaufposition stehen, oder eine zweite Position einnimmt, wenn eine der Schaltstangen aus ihrer axial mittigen Neutralposition heraus verschoben ist.
Die vorliegende Erfindung ist außerdem auf Verbundgetriebe anwendbar, in denen andere mechanische, elektrische, elektromagnetische oder andere Sensortypen verwendet sind, um die Zustände zu erfassen, die für den Hauptgetriebegruppenleerlauf (nicht eingerückt) oder -nichtleerlauf (eingerückt) kennzeichnend sind.
Obwohl die Hilfsgetriebegruppen typischerweise an der Hauptgetriebegruppe befestigt sind, kann der Begriff "Hilfsgetriebegruppe", wie er hier verwendet ist, außerdem auf abgesetzte Antriebsstrangeinrichtungen, wie mehrgängige Achsen, mehrgängige Verteilergetriebe und ähnliches, angewendet werden.
Während die vorliegende Erfindung gleichermaßen auf das in Fig. 1 veranschaulichte Getriebe 10 und das in den Fig. 2 und 3 veranschaulichte Getriebe 100 als auch auf andere Verbundgetriebe, die synchronisierte Hilfsgruppenklauenkupplungsanordnungen verwenden, anwendbar ist, ist die vorliegende Erfindung zur Vereinfachung und Erleichterung des Verständnisses in erster Linie als an dem in den Fig. 1, 1A, 1B und 1C veranschaulichten Verbundgetriebetyp verwendet beschrieben.
Unter der Annahme einer Schaltungssteuerung der in der Fig. 1B veranschaulichten Bauart, das heißt einer Steuerung vom "Wiederholt-H" - Typ, enthält eine Verbundschaltvorgang vom 4-ten zum 5-ten Gang das Ausrücken der Klauenkupplung 60 von dem Eingangszahnrad 24 des 4-ten/8-ten Ganges, dann das Ausrücken der Kupplung 92 von dem unteren Rangestufen- oder Untersetzungszahnrad 86 und das Kuppeln der Kupplung 92 mit dem Schnell- oder Direktrangezahnrad 88 und danach das Kuppeln der Klauenkupplung 62 mit dem Hauptgruppenzahnrad 54 des 1-sten/5-ten Ganges. Um dies zu vollbringen, wählt der Fahrer mit dem Rangeselektorknopf 98 "HI" aus, schaltet dann mit dem Schalthebel 72 aus der 4/8-Position zu N und dann in die 1/5-Position. Bei Getrieben vom Rangetyp 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 Zweipositions-Slaveventil, das eine erste Position zum Veranlassen einer "HI-Rangeauswahl" und einer zweiten Position zum Veranlassen einer "LO-Rangeauswahl" aufweist, in einer seiner beiden Positionen durch einen Stößel oder ähnliches verriegelt, sobald die Hauptgetriebegruppe 10 nicht im Leerlauf befindlich ist. Beispiele solcher Ventile und Verriegelungen sind mit Bezug auf die oben genannten US-Patente 3.229.551, 4.450.869, 4.793.378 und 4.974.474 ersichtlich.
Wie vorstehend angedeutet, kann, während diese Einrichtungen unter den meisten Bedingungen die Rangegruppen-Synchronisiervorrichtungen durch Verhindern des Einleitens eines Rangeschaltvorganges bis die Hauptgruppe in den Leerlauf geschaltet ist schützen, der Hauptgruppenschaltvorgang unter gewissen Bedingungen vor dem Rangeschaltvorgang beendet sein, was die Range-Synchronisiereinrichtung gefährdet. Dieses Problem ist bei Range-Hochschaltvorgängen (4-ter zu 5-ter) wesentlich größer als bei Range-Zurückschaltvorgängen (5-ter zu 4-ter), weil das Drehmoment an den Reibkonusflächen der Synchronisiereinrichtung (174, 178 in Fig. 3A) beim Einrücken des Zahnrades 88 der direkten Rangestufe dazu tendiert, die Neigung zum Hängenbleiben der Synchronisiereinrichtung an den Synchronisiersperreinrichtungen zu erhöhen, während das Drehmoment über die Reibkonusflächen (176, 180 in Fig. 38) beim Einrücken des Zahnrades 86 des untersetzten Rangebereiches dazu tendiert, die Synchronisiereinrichtung in einen nichtgesperrten Zustand zu ziehen. Allgemein wird bei Getrieben des in den Fig. 1 und 2 veranschaulichten Types das Abbrennen der Rangegruppen-Synchronisiereinrichtung nicht als signifikates Problem bei Rangegruppen-Zurückschaltvorgängen angesehen.
Bezugnehmend auf das Getriebe nach Fig. 1 kann ein anderes ernsthaftes Problem auftreten, wenn ein Fahrer in dem vierten Gang sich für einen Hochschaltvorgang entscheidet, dann einen Range-Hochschaltvorgang vorauswählt und den Schalthebel dann in die Leerlaufposition oder auf diese zu bewegt. Wenn der Fahrer seine Absicht schnell ändert und den Schalthebel in die 4/8-Position zurückbewegt, ohne die Range-Auswahl zu ändern, kann die Rangeschaltkupplung versuchen, einen reinen 4-8 Range-Hochschaltvorgang zu vollbringen, und die große Drehzahldifferenz an den Reibkonusflächen der Synchronisiereinrichtung kann eine schnelle Beschädigung derselben ergeben. In solchen Situationen kann eine Synchronisiereinrichtung in zwei Sekunden schwer beschädigt oder zerstört werden.
In ähnlicher Weise haben unbeabsichtigte Versuche von überspringenden Verbund-Hochschaltvorgängen ähnliche Ergebnisse. Bei einem anderen Beispiel ist das tatsächliche Ergebnis, wenn ein Fahrer unbeabsichtigt einen Rangehochschaltvorgang vorwählt oder eine Vorauswahl vergißt und dann einen 4-3 Zurückschaltvorgang versucht, ein versuchter 4-7 Hochschaltvorgang mit einer hohen Drehzahldifferenz an den Reibflächen der Synchronisiereinrichtung.
Das erfindungsgemäße Hilfsgetriebesteuersystem/verfahren überwindet die Nachteile des Standes der Technik durch Wegnahme der von der Schaltgabel 94 ausgeübten Kraft zum Einrücken wenigstens des Zahnrades 88 für die schnelle Rangestufe und möglicherweise ebenfalls des Zahnrades 86 der unteren Rangestufe, wenn ein Nichtleerlaufzustand der Hauptgruppe erfaßt wird.
Während die vorliegende Erfindung insbesondere zur Verwendung beim Steuern des Einrückens einer synchronisierten Rangeschaltkupplung, insbesondere der Rangeschaltkupplung eines Verbundgetriebes für den schnellen oder direkten Rangebereich, gut geeignet ist, ist es nicht beabsichtigt, auf eine solche Verwendung beschränkt zu sein, und sie könnte beim Steuern des Einrückens von synchronisierten Splitterkupplungen oder ähnlichem ebenfalls zweckmäßig verwendbar sein.
Zum Zwecke der Vereinfachung wird die vorliegende Erfindung in Verbindung mit deren erwarteter, am meisten vorteilhafter Verwendung, nämlich beim Steuern der zum Einrücken der direkten oder schnellen synchronisierten Rangeschaltkupplung ausgeübten Kraft (Kupplungszähne 166 und 170 in Fig. 3A) eines Verbundgetriebes der Range- (10), Range/Splitter- oder Splitter/Range- (100) Bauart beschrieben.
Während die typische, zum Einrücken einer Rangeschaltkupplung ausgeübte Kraft eine Funktion des wirksamen Fluiddruckes (üblicherweise pneumatisch) ist, der auf eine wirksame Kolbenfläche ausgeübt wird, kann die Einrückkraft außerdem durch elektromechanische Mittel, wie eine elektromotorgetriebene Kugelgewindespindel oder ähnliches, elektromagnetische Mittel, wie Magnetspulen einrichtungen, oder andere Krafterzeugungsmittel aufgebracht werden. Bei Fluiddruck-Krafterzeugungssystemen ist die Betätigungskraft, die auf eine Rangeschaltkupplung ausgeübt wird, eine Funktion des effektiven Fluiddruckes und der effektiven Kolbenfläche. Bei elektromagnetischen und elektromechanischen Systemen ist die Kraft eine Funktion des elektrischen Stromes der Spannung oder ähnlichem.
Während es nicht beabsichtigt ist, die vorliegende Erfindung darauf zu beschränken, wird die vorliegende Erfindung in ihrer bevorzugten Ausführungsform eines pneumatischen Betätigungssystemes beschrieben.
Bei Kupplungsaktuatoren nach dem Stand der Technik wird die Hauptgetriebegruppe, angenommen ein Rangeschaltvorgang ist ausgewählt/vorausgewählt worden, in den Leerlauf geschaltet und die Rangeventilverriegelungseinrichtung wird freigegeben, das Rangeventil beliefert die ausgewählte Kammer der Kolbenzylindereinrichtung zur Rangeschaltkupplungsbetätigung mit einem Druck, der üblicherweise auf ungefähr 4 bis 5,5 Bar (ungefähr 60 bis 80 psi) geregelt ist, der ausreichend ist, um eine Kraft von ungefähr 135 bis 180 kg (300 bis 400 Pfd.) auszuüben, um die ausgewählte Kupplung schnell in den eingerückten Zustand und/oder in die blockierte Position zu überführen und um eine signifikante synchronisierende Kraft auf die Reibkonusse der Synchronisiereinrichtung auszuüben, um schnell eine synchrone Drehung der Kupplungsteile, ein Entblockieren der Synchronisiereinrichtung und ein Überführen der Kupplungselemente durch die Sperreinrichtung in formschlüssigen Eingriff zu bewirken. Wenn die Hauptgetriebegruppe im Leerlauf verbleibt oder im Fall eines Rangegruppenschaltvorganges in die langsame oder untersetzte Gangstufe des Rangebereiches, ergibt die Kraft keine Beschädigung der Synchronisiereinrichtung und ergibt ein relativ schnelles Einrücken der Rangegruppe.
Wenn jedoch die Hauptgetriebegruppe vor dem Beenden eines versuchten Rangegruppen-Hochschaltvorganges in die schnelle oder direkte Gangstufe der Rangegruppe beendet ist, kann eine ersthafte Beschädigung und/oder Zerstörung der Synchronisiereinrichtung relativ schnell erfolgen, im Falle eines versuchten überspringenden Hochschaltvorganges üblicherweise innerhalb von zwei (2,0) Sekunden.
Es ist der Zweck der vorliegenden Erfindung, daß bei Erfassen von Zuständen, die für einen Hauptgruppenschaltvorgang in den Einrückzustand (das heißt Nichtleerlauf) vor dem Beenden eines versuchten Rangegruppenschaltvorganges in die schnelle oder direkte Rangestufe der Rangegruppe kennzeichnend sind, die Kraft eliminiert wird, die zum Einrücken der direkten Rangeschaltkupplung ausgeübt wird.
Wie mit Bezug auf die Fig. 5 und 6 ersichtlich ist, definiert die Rangeschaltkupplungs-Aktuatorkolbenanordnung 220 einen Kolben 221, der einen Differentialflächenkolben mit einem ersten, zum Einrücken der Kupplung des niederen Rangebereiches druckzubeaufschlagenden Flächenbereich 222 und einem zweiten größeren, zum Einrücken der Kupplung des hohen Rangebereiches druckzubeaufschlagenden Flächenbereich 224 bildet.
Der Kolben 221 ist in einem in zwei Kammern 222A und 224A unterteilten Zylinder abgedichtet und verschiebbar aufgenommen. Der Kolben 221 enthält eine Stange 226, an der eine Schaltgabel 164 oder 94 zum Schalten der synchronisierten Kupplung 128 oder 92 in deren ausgewählte Positionen montiert ist.
Schematische Darstellungen von Druckluftsystemen zum Erzielen des obigen Effektes sind mit Bezug auf die Fig. 5 und 6 ersichtlich. Wie vorstehend angedeutet, können der nichteingerückte (Leerlauf) und der eingerückte (Nichtleerlauf) Zustand der Getriebegruppe (12) des Getriebes (10) erfaßt werden, indem die axial verschobene oder nichtverschobene Position der Schaltstange(n) 204 der Hauptgetriebegruppe erfaßt werden. Solche axiale Verschiebung einer Schaltwelle oder Schaltschiene kann an der Schaltwelle oder -schiene an sich oder an einer Verlängerung derselben oder an einer Querwelle oder ähnlichem verfaßt werden.
In Fig. 5 ist ein Druckluftsteuersystem zum Schutz der Synchronisiereinrichtung bei Rangeschaltvorgängen veranschaulicht. Das Master-Rangeventil 232 ist mit einer Quelle gefilterter und geregelter Druckluft von dem Filterregler 234 verbunden. Bei Schwerlastfahrzeugen liegt der geregelte Luftdruck üblicherweise bei 4 bis 515 Bar (60 bis 80 psi). Der Schalter oder Hebel 98 dient dazu, die Langsam-Drucksignal- oder Pilotleitung 236 durckzubeaufschlagen (LO) oder zu entlüften (HI). Das Masterventil kann außerdem einen zweiten Wahlschalter zur Auswahl entweder des hohen Splitter- oder des niedrigen Splitterganges aufweisen. Eine Splitter-Pilotleitung steuert den Betrieb eines Zweipositions-Dreiwege-splitterslaveventiles 306 (3/2-Wegeventil). Masterventile wie das Ventil 232 sind den Verbundgetrieben des kombinierten Range- und Splittertyps zugeordnet, wie in den Fig. 2 und 3 dargestellt.
Die Pilotleitung 236 des unteren Rangebereiches verbindet die Rangeslaveventile 238 und 239, die Zweipositions-Dreiwegeventile (3/2-Wegeventile) sind, die auf die obere Rangeposition zu federnd vorgespannt sind (das heißt, die Kammer 224A ist druckbeaufschlagt und die Kammer 222A ist druckentlastet) und die auf die Druckbeaufschlagung der Pilotleitung reagieren, um in die Position für den unteren Rangebereich überführt zu werden (das heißt, Kammer 222A ist druckbeaufschlagt und die Kammer 224A ist druckentlastet).
Zu den oben beschriebenen Komponenten ist ein Zweilagen-Dreiwege-Rangeschutzventil 246 hinzugefügt. Das Rangebereichsschutzventil 246 ist in die Versorgungsleitung 248 von dem Quelldruck zu den Slaveventilen geschaltet. Das Rangebereichsschutzventil 246 enthält einen Stößel 252 zum Erfassen des Zustandes der Hauptgetriebegruppe, ob ein Gang eingelegt oder Leerlaufzustand vorhanden ist.
Wenn die Hauptgetriebegruppe nicht im Leerlauf befindlich ist, wie in Fig. 5 dargestellt, wird die Leitung 248 mit dem Auslaß verbunden und beide Kammern 222A und 224A des Rangegruppenaktuators 220 sind entlüftet. Entlüften der Kammern erfolgt über entweder das Rangebereichsschutzventil oder über die Slaveventile 238 und 239 in Abhängigkeit von der Position des Selektors 98.
Das Rangebereichsschutzventil 246 erbringt außerdem eine Verriegelungsfunktion insofern, als eine Vorauswahl durch Bewegung des Selektors 98 nicht zu einer Druckbeaufschlagung der Kammer 222A oder 224A führt, bis die Hauptgetriebegruppe in den Leerlauf geschaltet ist.
Weil beide Aktuatorkammern bei Einrücken der Hauptgruppe entlüftet sind, können Gangrastmittel 260 verwendet werden, um die Hilfsgruppe in ihrer gewünschten Gangstufe zu halten.
Abschnitte eines ähnlichen Steuersystems 270 sind in Fig. 6 dargestellt. Elemente der Fig. 6 mit im wesentlichen gleichem Aufbau und Funktion wie Elemente des oben beschriebenen Systems 230 sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet.
Das System 270 nutzt ein einzelnes Zweipositions- Vierwegerangeventil 272, das die Funktion der Ventile 238 und 239 in dem System 230 erbringt.

Claims

1. Verfahren zum Steuern eines druckmittelbetätigten Schaltaktuators (220) für eine Hilfsgetriebegruppe (14, 102) eines Verbundgetriebes (10, 100), das eine Hauptgetriebegruppe (12, 12A) enthält, die eingerückte und nicht eingerückte Stellungen aufweist und die mit der Hilfsgetriebegruppe hintereinander geschaltet ist, wobei die Hilfsgetriebegruppe eine auswählbare schnelle Gangstufe und eine auswählbare langsame Gangstufe, die jede durch eine synchronisierte Klauenkupplungsanordnung (92, 128) einrückbar sind, und Schaltmittel (98) zum Auswählen einer gewünschten Hilfsgruppengangstufe enthält, wobei der Aktuator (220) einen Kolben (221) mit einer eine erste Kammer (224A) definierenden ersten Kolbenfläche und mit einer eine zweite Kammer (222A) definierenden zweiten Kolbenfläche (222) aufweist, wobei die Druckbeaufschlagung der ersten Kammer (224A) den Aktuator veranlaßt, die synchronisierte Kupplungsanordnung in Richtung auf das Einrücken der schnellen Gangstufe vorzuspannen und die Druckbeaufschlagung der zweiten Kammer (222A) den Aktuator veranlaßt, die synchronisierte Kupplungsanordnung in Richtung auf das Einrücken der langsamen Gangstufe vorzuspannen, wobei jede der Kammern selektiv mit einer gemeinsamen Druckmittelquelle (234) und einem Auslaß (EX) verbindbar ist, wobei zu dem Verfahren gehört:

das Erfassen (252, 210) der gegenwärtig eingerückten oder nicht eingerückten Stellung der Hauptgetriebegruppe und

das Verändern des Zustandes wenigstens der ersten Kammer (224A) aus dem nichtentlüfteten in den entlüfteten Zustand in Reaktion auf einen Wechsel der Hauptgetriebegruppe von einem Nichteinrück- zu einem Einrückzustand.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem sowohl die erste als auch die zweite Kammer entlüftet sind, wenn die Hauptgetriebegruppe in ihrer Einrückposition ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, zu dem außerdem gehört:

das Druckbeaufschlagen der ersten Kammer und Entlüften der zweiten Kammer, wenn die Hauptgetriebegruppe in ihrer Nichteinrückposition ist und die schnelle Gangstufe ausgewählt worden ist.

4. Steuerverfahren nach Anspruch 1 oder 2, außerdem gekennzeichnet durch das Druckbeaufschlagen der zweiten Kammer und Entlüften der ersten Kammer, wenn die langsame Gangstufe ausgewählt ist.

5. Steuerverfahren nach Anspruch 1 bis 4, wobei das Fluid Druckluft ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Hilfsgruppe eine Rangegruppe ist.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet:

daß auf das Erfassen (i), daß ein Schalten in eine schnelle Hilfsgruppengangstufe ausgewählt worden ist, und (ii) daß die Hauptgetriebegruppe in der nichteingerückten Stellung befindlich ist, reagiert wird, indem die erste Kammer druckbeaufschlagt und die zweite Kammer entlüftet werden und

daß darauf, daß (i) ein Schalten in eine schnelle Hilfsgruppengangstufe ausgewählt worden ist und daß (ii) die Hauptgetriebegruppe in der eingerückten Position befindlich ist, reagiert wird, indem sowohl die erste als auch die zweite Kammer entlüftet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, außerdem dadurch gekennzeichnet:

daß auf das Erfassen, daß (i) ein Schalten in die langsame Hilfsgruppengangstufe ausgewählt worden ist und daß (ii) die Hauptgetriebegruppe in der nichteingerückten Stellung befindlich ist, reagiert wird, indem die zweite Kammer druckbeaufschlagt und die erste Kammer entlüftet werden.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, außerdem dadurch gekennzeichnet:

daß auf das Erfassen, daß die Hauptgetriebegruppe eingerückt ist, reagiert wird, indem ohne Rücksicht auf die ausgewählte Hilfsgruppengangstufe wenigstens die erste Kammer entlüftet wird.

10. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, bei dem die Hilfsgruppe (14) eine zweigängige Hilfsgruppe und die schnelle Gangstufe eine direkte Gangstufe ist.

11. Verfahren nach Anspruch 9, außerdem dadurch gekennzeichnet:

daß auf das Erfassen des eingerückten Zustandes der Hauptgetriebegruppe reagiert wird, indem ohne Rücksicht auf die ausgewählte Hilfsgruppengangstufe sowohl die erste als auch die zweite Kammer entlüftet werden.

12. Verbundgetriebe (10) einschließlich eines Systems (230, 270) zum Steuern eines druckmittelbetätigten Schaltaktuators (220) einer Hilfsgetriebegruppe (14, 102) des Verbundgetriebes (10, 100), und einschließlich einer Hauptgetriebegruppe (12, 12A), die eingerückte und nicht eingerückte Stellungen aufweist und die mit der Hilfsgetriebegruppe hintereinander geschaltet ist, wobei die Hilfsgetriebegruppe eine auswählbare schnelle (direkte) Gangstufe und eine auswählbare langsame (Untersetzung) Gangstufe, die jede durch eine synchronisierte Klauenkupplungsanordnung (92, 128) einrückbar sind, und Schaltmittel (98) zum Auswählen einer gewünschten Hilfsgruppengangstufe aufweist, wobei der Aktuator (220) einen Kolben (221) mit einer eine erste Kammer (224A) definierenden ersten Kolbenfläche und mit einer eine zweite Kammer (222A) definierenden zweiten Kolbenfläche (222) aufweist, wobei die Druckbeaufschlagung der ersten Kammer (224A) den Aktuator veranlaßt, die synchronisierte Kupplungsanordnung in Richtung auf das Einrücken der schnellen Gangstufe zu vorzuspannen und die Druckbeaufschlagung der zweiten Kammer (222A) den Aktuator veranlaßt, die synchronisierte Kupplungsanordnung in Richtung auf das Einrücken der langsamen Gangstufe vorzuspannen, wobei jede der Kammern selektiv mit einer gemeinsamen Druckmittelquelle (234) und einem Auslaß (EX) verbindbar ist, wobei Getriebe gekennzeichnet ist durch:

Mittel (204, 210, 252) zum Erfassen der gegenwärtig eingerückten oder nicht eingerückten Stellung der Hauptgetriebegruppe und

Mittel (246, 238, 239) zum Verändern des Zustandes wenigstens der ersten Kammer (224A) aus dem nicht entlüfteten in den entlüfteten Zustand in Reaktion auf einen Wechsel der Hauptgetriebegruppe von einem Nichteinrückzu einem Einrückzustand.

13. System nach Anspruch 12, außerdem gekennzeichnet durch:

Mittel (238, 239) zum Druckbeaufschlagen der ersten Kammer und Entlüften der zweiten Kammer, wenn die Hauptgetriebegruppe in ihrer nicht eingerückten Stellung und die schnelle Gangstufe ausgewählt worden ist.

14. Steuersystem nach Anspruch 12 oder 13, außerdem gekennzeichnet durch Mittel (238, 239) zum Druckbeaufschlagen der zweiten Kammer und Entlüften der ersten Kammer, wenn die langsame Gangstufe ausgewählt und die Hauptgetriebegruppe nicht eingerückt ist.

15. Steuersystem nach Anspruch 14, außerdem gekennzeichnet durch Mittel (270) zum Druckbeaufschlagen der zweiten Kammer unabhängig von dem eingerückten oder nichteingerückten Zustand der Hauptgetriebegruppe, wenn die langsame Gangstufe ausgewählt ist.

16. System nach einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei das Fluid Druckluft ist.

17. System nach einem der Ansprüche 12 bis 16, wobei die Hilfsgruppe eine Rangegruppe ist.

18. System (230, 270) nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch:

Mittel, um auf die Feststellung, daß (i) eine Auswahl eines Schaltens in eine schnelle Hilfsgruppengangstufe ausgewählt worden ist und daß (ii) die Hauptgetriebegruppe in Nichteinrückstellung befindlich ist, zu reagieren, indem die erste Kammer druckbeaufschlagt und die zweite Kammer entlüftet wird,

Mittel, um auf die Feststellung, daß (i) eine Auswahl eines Schaltens in die langsame Hilfsgruppengangstufe erfolgt ist und daß (ii) die Hauptgetriebegruppe in dem nicht eingerückten Zustand befindlich ist, zu reagieren, indem die zweite Kammer druckbeaufschlagt und die erste Kammer entlüftet wird, und

Mittel (246), um auf das Erfassen eines Einrückzustandes der Hauptgetriebegruppe zu reagieren, indem unabhängig von der ausgewählten Hilfsgruppengangstufe wenigstens die erste Kammer entlüftet wird.

19. System nach Anspruch 18, bei dem die Hilfsgetriebegruppe (14) eine zweigängige Rangegruppe und die schnelle Gangstufe eine direkte Gangstufe sind.

20. System nach Anspruch 18 oder 19, das außerdem Mittel enthält, um das Auslösen eines ausgewählten Hilfsgruppengangschaltvorganges zu sperren, bis festgestellt worden ist, daß die Hilfsgetriebegruppe im Leerlauf ist.

21. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Aktuator (220) dazu dient, Kraft in einer ersten Richtung auszuüben, um die synchronisierte Kupplungsanordnung in Richtung auf das Einrücken der schnellen Gangstufe vorzuspannen, und bei dem er dazu dient, Kraft in einer zweiten entgegengesetzten Richtung auszuüben, um die synchronisierte Kupplungsanordnung in Richtung auf das Einrücken der langsamen Gangstufe vorzuspannen,

und bei dem das Ausüben von Kraft in der wenigstens ersten Richtung gesperrt wird, sobald die Hauptgetriebegruppe in ihrer eingerückten Position befindlich ist.

22. System (230, 270) nach Anspruch 12, außerdem gekennzeichnet durch:

eine Folge-Ventilanordnung (238, 239 oder 272) zum Verbinden entweder der ersten oder der zweiten Kammer mit der Druckmittelquelle (234) und zum Verbinden der anderen der Kammern mit dem Auslaß;

einem ersten Kanal (248), der eine Fluidverbindung zwischen der Quelle und dem Folge-Ventil erbringt, und

eine Schutzventilanordnung (246) für die Synchronisiereinrichtung, die den Fluidstrom durch den Kanal steuert, wobei das Ventil Mittel (252) zum Erfassen des gegenwärtigen eingerückten und nichteingerückten Zustandes der Hauptgetriebegruppe aufweist und dazu dient, dem Druckmittel zu gestatten, durch den Kanal zu fließen, wenn die Hauptgetriebegruppe nicht eingerückt ist, und um den Kanal an dem Folgeventil zu ventillieren sowie den Kanal an der Quelle zu verschließen, wenn die Hauptgetriebegruppe eingerückt ist.

23. System nach Anspruch 22, das einen zweiten, zu dem ersten Kanal parallelen Kanal (274) aufweist, der die Quelle und das Folgeventil miteinander verbindet, wobei ein Bypass-Ventil (276) für die langsame Rangestufe vorgesehen ist, das in dem Kanal angeordnet ist und dazu dient, einen Fluidfluß von der Quelle zu der Folgeventilanordnung aufzubauen, wenn die langsame Gangstufe ausgewählt ist.

24. System nach Anspruch 22 oder 23, bei dem das Fluid Druckluft ist.

25. System nach Anspruch 22, 23 oder 24, bei dem die Hilfsgruppe eine Rangegruppe ist.