DE7802241U1

DE7802241U1 - Schalteinrichtung für ein aus einem Haupt- und einem Zweibereichs-Gruppengetriebe bestehenden Zahnräderwechselgetriebe

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Publication number: DE7802241U1
Application number: DE7802241U
Authority: DE
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1978-01-26
Filing date: 1978-01-26
Publication date: 1978-05-03

Description

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2AHNRADFABRIK FRIEDRIGHSHAFEN Aktiengesellschaft
Friedrichshafen

Schalteinrichtung, für ein aus einem Haupt- und einem Zweibereichs-Gruppengetriebe bestehenden

Zahnräderwechselgetriebe

Die Erfindung betrifft eine Schalteinrichtung für ein aus einem Hauptgetriebe und einem Bereichs-Gruppengetriebe bestehenden Zahnräder-Wechselgetriebe mit Rasteinrichtungen für die Schalt- und Gassenstellungen eines Handschalthebels, dessen Bewegungen über Schaltmittel auf Formschlußkupplungen übertragen werden, wobei Teile dieser Schaltmittel mehrfach ausgeführt sind, damit trotz der in einem höheren Bereich an sich in gleicher Weise wie im unteren Bereich erfolgenden Schaltungen des Grundgetriebes jedem Gang des Zahnräderwechselgetriebes eine eigene Stellung des Handschalthebels zugeordnet werden kann. Ein derartiges Getriebe ist beispielsweise durch die DT-PS 1 130 300 bekannt. Im allgemeinen werden solche Getriebe mit zwei Bereichen ausgeführt, beispielsweise mit einem viergängigen Grundgetriebe, das in den zwei Bereichen insgesamt 8 Vorwärtsgänge ermöglicht, von denen in diesem Fall die Gänge 1 bis 4 im unteren Bereich und die Gänge 5 bis 8 im oberen Bereich liegen, wobei das Schalten der vier Gänge

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des Grundgetriebes und damit eines Bereichs nach dem üblichen H-förmigen Schaltbewegungsschema erfolgt. Beispielsweise durch einen zweiten,, in Schaltstangen des Grundgetriebes eingreifenden Schaltfinger, kann erreicht werden, daß das Schalten der vier Gänge des höheren Bereichs nach einem gleichen H-förmigen Schaltbewegungsschema wie im unteren Bereich, jedoch seitlich versetzt und an dieses an- · grenzend erfolgt, so daß das Gesamtschema die Form eines doppelten ¹¹H" erhält (HH-Schaltbild) . Wenn die betreffende Schalteinrichtung eine selbsttätige Umschaltung des Bereichs-Gruppengetriebes aufweist, die beim übergang des Handschalthebels von einem "H"-Schaltschema-Abschnitt in den benachbarten wirksam wird, dann erfolgt das Schalten bei einem derartigen Gruppengetriebe mit der gleichen einfachen und folgerichtigen Schaltbarkeit wie bei einem einfachen Getriebe mit - nach diesem Beispiel - acht Vorwärtsgängen in 4 züge- I

ordneten Gassen, so daß Irrtümer Schaltfehler weitgehend J

vermieden werden können.

Trotz dieser Vorteile steht den bekannten Schalteinrichtungen dieser Art als Nachteil entgegen, daß der Bewegungsraum des Handschalthebels durch die zahlreichen Gassen ungewöhnlich groß sein muß, um eine sichere Orientierung über die jeweilige Schalthebelstellung zu ermöglichen. Ein solch großer Bewegungsraum steht jedoch in der Praxis kaum zur Verfügung .

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Es ist daher Aufgabe dieser Erfindung, eine Schalteinrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 zu schaffen, bei der der erforderliche Bewegungsraum für den Handschalthebel verringert werden kann. Diese Aufgabe wird durch eine Schalteinrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst.

Bei einer derartigen Schalteinrichtung wird das übliche Prinzip der "Raumorientierung" - d. h. der Orientierung über den eingelegten Gang anhand der räumlichen Stellung des

iia wesentlichen
Schalthebels -/durch das Prinzip der "Kraftorientierung" ersetzt, Die Bedienungsperson erhält durch die unterschiedlichen Kräfte bzw. kräftefreien Rastzonen eine zusätzliche deutliche Information über die jeweils gewählte Schaltgasse, so daß die Abstände der Gassen bei gleichzeitiger Verbesserung der Orientierung über die jeweils eingeschaltete Gasse vermindert werden können. Dabei trägt die weiterhin mögliche räumliche Orientierung zusätzlich noch zur Vergrößerung der Sicherheit des Schaltens bei und dient in jedem Falle zur Unterscheidung der Gänge innerhalb einer Gasse.

Als konstruktives Mittel zur Erzeugung von Kräften, die sich wegabhängig sprunghaft und deutlich spürbar ändern, kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung eine zwischen beweglichen Anschlägen eingespannten Druckfeder (gefesselte Feder) Anwendung finden.

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'¹I Um die auf die Schalteinrichtung einwirkenden Reibungsrad einflüsse möglichst gering zu halten, ist es vorteilhaft, die

■ Maßnahmen nach Anspruch 3 und 4 anzuwenden. Die Kraftunter-

ί schiede der Rasteinrichtung bleiben damit deutlich spürbar,

da die sich überlagernden Reibungskräfte niedrig.bleiben.

Die Maßnahme nach Anspruch 3 vermeidet einseitige Querkräfte ; an der Schaltwelle, so daß in den Führungen der .Schaltwelle

wenig Reibungswiderstand entsteht, während mit den Rollen gemäß Anspruch 4 die Rasteinrichtungen selbst leichtgängiger j werden, so daß die Rastkräfte in beiden Bewegungsrichtungen

■; annähernd gleich sind (geringe Hysterese) .

Die Erfindung wird schematisch anhand eines Ausführungsbeispieles mit den Fig. 1 bis 5 erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Gesamtdarstellung eines Zahnräderwechselgetriebes mit Schalteinrichtung für ein Kraftfahrzeug in perspektivischer Darstellung;

Fig. 2 das Schaltstellungsschema in Blickrichtung von oben auf den Handschalthebel dieses Zahnräderwechselgetriebes ;

Fig. 3 die Rasten- bzw. Rückstellkräfte des Handschalthebeis, aufgetragen über den Weg in Wählrichtung i (quer zur Fahrzeuglängsachse, Wählen der Gasse)

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und zugeordnet zum Schaltstellungsschema nach Fig. 2, mit eingetragenen Richtungspfeilen für die Richtung der Rückstellkraft;

Fig. 4 und

Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV in Fig. 1, zur Ermöglichung eines größeren Abbildungsmaßstabes in zwei Teilen ausgeführt - Fig. 5 stellt die axiale Fortsetzung von Fig. 4 an der strichpunktierten Linie dar, wobei in diesem Schnitt eine Schaltwelle mit Schaltfinger und Rasteinrichtungen erkennbar ist und

Fig. 6 einen Schnitt entlang der Linie VI-VI in Fig. 4.

Das Zahnräder-Wechselgetriebe 10 besteht aus einem Hauptgetriebe 11 mit vier Vorwärtsgängen und einem Bereichs-Gruppengetriebe 12 mit zwei Bereichen (Gängen). Das Gruppengetriebe 12 verdoppelt im Endeffekt die vier Gänge des Grundgetriebes 12, so daß dadurch insgesamt 8 Vorwärtsgänge zur Verfügung stehen, die in zwei Übersetzungsbereichen hintereinander durchfahren werden. Die Eingangswelle 13 des Zahnräder-Wechselgetriebes führt in das Hauptgetriebe 11, dem das Gruppengetriebe 12 direkt nachgeschaltet ist, so daß die Ausgangswelle 14 des Zahnräder-Wechselgetriebes aus dem Gruppengetriebe 12 herausführt. Für die Erfindung ist es jedoch nicht wesentlich, ob das Gruppengetriebe im Kraftfluß vor oder hinter dem Hauptgetriebe liegt.

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Die Schalteinrichtung dieses Zahnräder-Wechselgetriebes ψ besteht aus einem auf einem Bock 9 a allseitig drehbar gelagerten Handschalthebel 9 a, dessen nach in Fig. 2 dargestellten Schema erfolgenden Bewegungen durch Zug/Schub bzw. Drehung an.einer Schaltstange 15 über eine Kurbel 16 und unter Mitwirkung einer Gelenkstütze 17 auf eine Schaltwelle übertragen werden, an der Wählbewegungen (quer zu den Gassen 1 - 2, 3-4 usw.) des Handschalthebels als entsprechende Axialbewegungen in Erscheinung treten.

Wie Fig. 4 und 5 zeigen, ist die Schaltwelle 18 in Wälzlagern 19 und 20 drehbar und zugleich axialbeweglich geführt. Die Weiterleitung der Schaltbewegung erfolgt jeweils über einen von zwei Schaltfingern 21 bzw. 22, die jeweils einem Übersetzungsbereich des Gruppengetriebes zugeordnet sind, auf eine der Schaltstangen 23, 24 oder 25, die jeweils den Gängen 3, 4/7, 8 bzw. 1, 2/5, 6 bzw. dem Rückwärtsgang zugeordnet sind und hierzu auf die entsprechenden (nicht dargestellten) Schaltkupplungen einwirken. In den Gängen 1 bis 4 kommt der Schaltfinger 21 und in den Gängen 5 bis 8 der Schaltfinger 22 in Eingriff mit der entsprechenden Schaltstange 23 oder 24. Die Schaltwelle 18 ist mit einer selbsttätigen Umschalteinrichtung 26, 27 gekoppelt, die beim Erreichen bzw. überfahren einer bestimmten Stellung der Schaltwelle 18 - zwischen den Gassen 3, 4 und 5, 6 bzw. in der Stellung, in welcher der Zwischenraum zwischen den Schalt-

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fingern 21 und 22 im Bereich beider Schaltstangen 23 und liegt, jeweils das Gruppengetriebe 12 in den anderen Bereich umschaltet, was z. B. über eine elektrisch gesteuerte Servoeinrichtung erfolgen kann.

Die Schalteinrichtung ist mit Rasteinrichtungen für jede Schaltstellung versehen, von denen die Rasteinrichtungen für die Wählbewegung (Wählen der Gasse) nachfolgend anhand der Fig. 5 bis 6 näher beschrieben wird. Die Rasteinrichtungen wirken auf die Schaltwelle 18, wobei die Rastkräfte von Federkräften überlagert werden, die durch Druckfedern 28 und 29 erzeugt werden, wobei die Druckfeder fast ausschließlich zur Kompensierung des Eigengewichts der Schaltwelle 18 dient.

Für die Wählbewegung der Gassen sind insgesamt drei Rasteinrichtungen 30, 31 und 32 vorgesehen, denen Rastvertiefungen 33, 34 und 35 an der Schaltwelle 18 zugeordnet sind. Die Rastvertiefungen weisen jeweils geneigte Flanken 33 b, 34 a, 34 b und 35 a, .35 b sowie einen achsparallelen Bereich 33 c, 34 c und 35 c auf. Die Rastvertiefungen 33, und die zugeordneten Rastkörper 36, 37 der Rasteinrichtungen 30 und 31 sind jeweils doppelt ausgeführt und in bezug auf die Schaltwelle 18 radial diametral gegenüberliegend angeordnet, damit die von den Rastfedern 39 bzw. 40 auf die Rastkörper 36 bzw. 37 ausgeübten Kräfte in radialer Richtung

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ausgeglichen sind, um die radialen Belastungen der Wälzlager 19, 20 so gering wie möglich zu halten. Die jeweils doppelten Rasteinrichtungen 30 und 31 sind in einer gemeinsamen Axialebene angeordnet. Als Rastkörper sind bei den Rasteinrichtungen 30 und 31 jeweils Rollen 36 bzw. 37 vorgesehen, die auf radialbeweglich gelagerten und von den Rastfedern 39 bzw.. 40 radial in Richtung auf die Schaltwelle 18 gedrückten Haltern 42 bzw. 43 so geführt sind, daß sie auf der in Längsrichtung bewegten Schaltstange abrollen können.

Die Rasteinrichtung 32, die lediglich beim Einlegen des Rückwärtsganges zur Wirkung kommt, ist nur - wie an sich üblich - einfach ausgebildet mit der einzigen Rastvertiefung 35 und einem zugeordneten einzigen Rastkörper, welcher unter Verzicht auf Rollen eine konisch ausgebildete Eingriffszone 44 aufweist, die mit den Planken 35 a, 35 b der Rastvertiefung zusammenwirkt.

Von wesentlicher Bedeutung für die Erzeugung des entlang des Verschiebeweges sprunghaften Verlaufs der auf die Schaltwelle 18 einwirkenden Axialkräfte ist die Druckfeder 28, welche zwischen zwei Scheiben 45 und 46 eingespannt ist. Die Scheiben 45 und 46 werden von Anschlagflächen 47 und 48 an der Schaltwelle bzw. 49 und 50 an dem die Schaltwelle umgebenden Gehäuseteil in einer Weise abAkte 5355

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gestützt, bei welcher die Wirkung der Vorspannkraft der Feder 28 in einem gewissen Verschiebebereich der Schaltwelle 18 vollständig neutralisiert (gefesselt) ist und an der Schaltwelle 18 erst nach dem Hinausbewegen des Anschlages 47 über den Anschlag 49 bzw. des Anschlags 48 über den Anschlag 50 wirksam wird, was sich in einem sprung haften Anstieg der Axialkraft der Schaltwelle äußert.

Der in Fig. 3 gezeigte schematisierte Verlauf der auf die Schaltwelle einwirkenden Axialkräfte, aufgetragen über dem (axialen) Verschiebeweg der Schaltwelle bzw. dem hierzu proportionalen Schaltweg am Handschalthebel, kommt auf folgende Weise zustande: In der in Fig. 4 bis 6 dargestellten Stellung der Schaltwelle 18, die der Position R nach Fig. 3 zugeordnet ist, befinden sich die Rastkörper 36 auf dem achsparallelen Bereich 33 c der Rastvertiefung 33 und die Rastkörper 37 und 38 außerhalb der Rastvertxefungen auf der ebenfalls achsparallel gerichteten Außenfläche der Schaltwelle 18. Die Rasteinrichtungen erzeugen somit keine Rückstellkraft. Die Druckfeder 28 jedoch übt infolge der Anlage der Scheiben 45 und 46 am Anschlag 47 der Schaltwelle bzw. dem Anschlag 50 des Gehäuses eine Kraft auf die Schaltwelle 18 aus, die - bezogen auf die Darstellung in Fig. 4 die Schaltwelle nach links in Richtung auf die Gasse 3, 4 zu verschieben sucht (Kurvenabschnitt 51 in Fig. 3) . Ver-

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schiebt man die Schaltwelle 18 um ein geringfügiges Stück nach links, so kommt die konische Eingriffszone 44 des radial angefederten Rastkörpers 38 in Eingriff mit der geneigten Fläche 35 a der Rastvertiefung 35, so daß ein sprunghafter Anstieg der Rückstellkraft entsteht, indem zu der Kraft der Feder 28 noch die relativ hohe Kraft der Rasteinrichtung 32 hinzukommt (Kurvenabschnitt 52). Diese hohe Rückstellkraft bleibt bei weiterem Verschieben der Schaltwelle so lange erhalten, wie der Rastkörper 38 allein an der Fläche 35 a anliegt (Kurvenabschnitt 53). Nach dem Auftreffen des Rastkörpers 38 in einer Stellung der Schaltwelle 18, die nahe bei der Gasse 1, 2 liegt, auf den achsparallelen Abschnitt 35 c übt die Rasteinrichtung 32 keine Axialkraft mehr aus. Die Rückstellkraft an der Schaltwelle nimmt daher sprunghaft ab (Kurvenabschnitt 54) auf den Wert der Kraft der Feder 28 (Kurvenabschnitt 55), die sich bei weiterer Verschiebung der Schaltwelle nach links ausdehnen kann, so daß die Kraft dabei in gewissem Maße abnimmt (Kurvenabschnitt 55).

Wenn die Schaltwelle 18 bei weiterer Verschiebung nach links eine bestimmte Position nahe der Gasse 3, 4 erreicht, kommt der Anschlag 48 der Schaltwelle anstelle des Anschlages 50 an der Scheibe 46 zur Anlage, wodurch die Kraft der Feder 28 innerhalb der Schaltwelle abgestützt wird und so nach außen nicht mehr wirksam ist. Dies führt zu einem

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sprunghaften Wegfall der Rückstellkraft der Schaltwelle (Kurvenabschnitt 56). In einem schmalen Bereich in Höhe der Gasse 3, 4 sind alle Kräfte neutralisiert, da auch die Rasteinrichtungen noch keine Axialkräfte erzeugen (Kurvenabschnitt 57). Bei weiterer Verschiebung der Schaltwelle 18 nach links (Fig. 4 bis 6) kommen die schrägen Flächen 36 b mit den Rollen 36 der Rasteinrichtung 30 in Eingriff. Es entsteht ein sprunghaft ansteigender Widerstand gegen die Verschiebung (Kurvenabschnitte 58 und 59). Kurz hinter der Mitte zwischen den Gassenstellungen 3, 4 und 5, 6 kommen die Flächen 34 a mit den Rollen 37 der Rasteinrichtung 31 (Fig. 6) in Eingriff, nachdem die Rollen der Rasteinrichtung 30 die achsparallel gerichtete Außenfläche der Schaltwelle 18 erreicht haben. Hierdurch entsteht (nach einem sehr schmalen Wegabschnitt mit instabilem Gleichgewicht) eine Richtungsumkehr der auf die Schaltwelle einwirkenden Kraft (Kurvenabschnitt 60). Bei weiterer Verschiebung treffen die Rollen 37 auf den achsparallelen Abschnitt 34 c, wodurch ein plötzlicher Abfall der von der Rasteinrichtung 31 auf die Schaltwelle 18 ausgeübten Axialkraft auf Null eintritt (Kurvenabschnitte 61 und 62). Dieser Bereich, fällt mit der Gassenstellung 5, 6 zusammen.

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Verschiebt man die Schaltwelle 18 weiter nach links in

Richtung auf die Gassenstellung 7, 8, so tritt bereits nach einem sehr kurzen Verschiebeweg ein sprunghaft zunehmender

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Verschiebewiderstand auf, der durch die vorgespannte Feder erzeugt wird, die über die Scheibe 45 an den Gehäuseanschlag zur Anlage kommt (Kurvenabschnitt 63). Bei weiterem Verschieben der Schaltwelle 18 bis in die Gassenstellung 7, 8 wird die Feder 28 weiter zusammengedrückt, so daß die Federkraft leicht ansteigt (Kurvenabschnitt 64). Zwischen den Gassenstellungen 5, 6 und 7, 8 verhalten sich die Rasteinrichtungen 30, 31 und hinsichtlich der axialen Kraftbeeinflussung der Schaltwelle neutral.

Der in Fig. 3 dargestellte schematisierte Kraftverlauf gilt in beiden Bewegungsrichtungen, da zur Vereinfachung der Darstellung Reibungseinflüsse nicht berücksichtigt sind. Der Funktionsablauf bei einer Bewegung von der Gassenstellung 7, 8 nach R gilt daher sinngemäß in umgekehrter Reihenfolge. Die in Fig. 3 enthaltenen Pfeile zeigen hierbei die Wirkrichtung der jeweiligen axialen Gesamtkraft an.

Wie Fig. 3 ferner zeigt, strebt die Schalteinrichtung infolge dieser Kräfte stets in eine der beiden Gassenstellungen 3, 4 bzw. 5, 6, sofern sich der Hebel nicht in einer der Gangstellungen R bzw. 1 bis 8 befindet. Anhand dieser Raststellungen wird eine einwandfreie Orientierung ermöglicht.

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Die Kräfte in den Raststellungen sind dabei nach jeder Richtung deutlich unterschiedlich (Kurvenabschnitt 55 zu 59 bzw. 64 zu 60), so daß hierdurch auch die Raststellungen 3, 4 und 5, 6 voneinander kräfteorientiert unterscheidbar sind (in der Raststellung 3, 4 ist der größere Widerstand rechts, in der Raststellung 5, 6 dagegen links.

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Ansprüche

1. Schalteinrichtung für ein aus einem Hauptgetriebe und, einem Bereichs-Gruppengetriebe bestehenden Zahnräder-Wechselgetriebe, mit Rasteinrichtungen für die Schalt- und Gassenstellungen eines Handschalthebels, dessen Bewegungen über Schaltmittel auf Formschlußkupplungen des Hauptgetriebes übertragen werden, wobei Teile dieser Schaltmittel mehrfach ausgeführt sind, damit trotz der in einem höheren Bereich an sich in gleicher Weise wie im unteren Bereich erfolgenden Schaltungen des Grundgetriebes jedem Gang des Zahnräder-Wechselgetriebes eine eigene Stellung des Handschalthebels zugeordnet werden kann (HH-Schaltbild), dadurch gekennzeichnet, daß die Rasteinrichtungen (30, 31, 32) derart gestaltet und mit Federelementen (39, 40) kombiniert sind, daß beim Bewegen des Handschalthebels (9) in Wählrichtung (Wählen der Gasse) in Höhe der Gassenstellungen (Gänge 1 - 2, 3-4, 5-6, 7-8) jeweils deutlich spürbare, sprunghafte Änderungen der Rasten- bzw= Rückstellkräfte auftreten.

2. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in denjenigen Gassenstellungen (3-4, 5-6), aus denen ein unmittelbarer übergang in einen anderen Bereich erfolgen kann, die Rastenkräfte auf Null zurückgehen, so daß der Handschalthebel (außerhalb der Schaltstellungen) in eine dieser Gassenstellungen strebt.

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3. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugung der sich in den Gassenstellungen sprunghaft ändernden Rastkräfte unter Mitwirkung einer an sich bekannten, zwischen beweglichen Anschlägen eingespannten Druckfeder (28) erfolgt.

4. Schalteinrichtung nach Anspruch 1 oder 2 mit einer im Gehäuse des Zahnräder-Wechselgetriebes axial- und drehbeweglich gelagerten, mit Rastvertiefungen versehenen Schaltwelle, die zum Wählen der Gassen axial verschoben wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Rastvertiefungen (33, 34) und die hierzu zugehörigen Rastkörper (36, 37) jeweils doppelt ausgeführt und in bezug auf die Schaltwelle (18) radial diametral gegenüberliegend angeordnet sind.

5. Schalteinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens bei einem Teil der Rasteinrichtungen als Rastkörper in Längsrichtung auf der Schaltwelle abrollbare Rollen (36, 37) vorgesehen sind, die auf radialbeweglichen und radial angefederten Haltern (42, 43) geführt sind.

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