DE10019776A1 - Stufenwechselgetriebe - Google Patents

Abstract

Ein insbesondere für ein Kraftfahrzeug vorgesehenes Stufenwechselgetriebe ist mit einer Schaltwelle (2) und einer Führungskulisse (1') und einen Führungsbolzen (4') umfassenden Führungsvorrichtung versehen, mittels der die Schaltwelle (2) zur getriebeinternen Übertragung von Wähl- und Schaltvorgängen in vorbestimmten Bahnen axial verschiebbar (9) und um ihre Längsachse (10) drehbar (11) geführt ist. Die Führungskulisse (1') weist in mindestens einer einem geschalteten Gang (R, G1-G5) entsprechenden Position eine Arretierungsbohrung (BR, B1-B5) auf. Der Führungsbolzen (4') ist in einem mit der Führungskulisse (1') in Eingriff bringbaren Bereich (16) mit einem mit der Arretierungsbohrung (BR, B1-B5) korrespondierenden Durchmesser (17) versehen und derart ausgebildet und angeordnet, daß er zur Arretierung des betreffenden Ganges (R, G1-G5) durch eine Axialverschiebung (14) in die Arretierungsbohrung (BR, B1-B5) in Eingriff bringbar ist. DOLLAR A In einer alternativen Anordnung weist ein entsprechendes Stufenwechselgetriebe eine koaxial zur Führungskulisse angeordnete und mit dieser in Verbindung stehende Arretierungskulisse auf, die in mindestens einer einem geschalteten Gang (R, G1-G5) entsprechenden Position mit einer Arretierungsbohrung versehen ist, wobei die Arretierungsbohrung einen mit dem Führungsbolzen korrespondierenden Durchmesser aufweist. Der Führungsbolzen ist derart ausgebildet und angeordnet, daß er zur Arretierung des betreffenden Ganges durch eine ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Stufenwechselgetriebe, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer Schaltwelle und einer eine Führungskulisse und einen Führungsbolzen umfassenden Führungsvorrichtung, mittels der die Schaltweile zur getriebeinternen Übertragung von Wähl- und Schaltvorgängen in vorbestimmten Bahnen axial verschiebbar und um ihre Längsachse drehbar geführt ist.

In Kraftfahrzeugen werden vielfach Stufenwechselgetriebe zur Anpassung der Übersetzung zwischen dem jeweiligen Antriebsmotor und einem zugeordneten Ausgleichsgetriebe verwendet, da sie relativ einfach aufgebaut sind und einen hohen Wirkungsgrad aufweisen. Stufenwechselgetriebe sind zumeist synchronisiert ausgebildet und können für eine manuelle oder eine automatisierte Schaltbetätigung vorgesehen sein. Die Anpassung des jeweiligen Stufenwechselgetriebes an aktuelle Betriebsbedingungen, insbesondere auch eine Vermeidung unzulässiger Drehzahlen des Antriebsmotors, erfolgt durch die Schaltung eines geeigneten Ganges, dem jeweils ein festes Übersetzungsverhältnis zugeordnet ist. Hierzu wird bei einer manuellen Schaltung von einem Fahrer zunächst in einem Wählvorgang durch eine entsprechende Positionierung eines Schalthebels in einer Schaltkulisse eine von mehreren Schaltgassen gewählt, denen jeweils zwei Gänge, ggf. auch nur ein Gang, zugeordnet sind. In einem nachfolgenden Schaltvorgang wird der Schalthebel dann zum Einlegen des betreffenden Ganges in der zuvor gewählten Schaltgasse in die zugeordnete Gangposition bewegt. Die Wähl- und Schaltbewegungen werden über mechanische Umlenk- und Übertragungsbauteile zu dem Stufenwechselgetriebe übertragen und dort zumeist in eine Schaltwelle eingeleitet. Die Schaltwelle ist in dem Stufenwechselgetriebe axialverschiebbar und um ihre Längsachse drehbar gelagert. Ein Wählvorgang besteht getriebeintern darin, daß ein Schaltfinger der Schaltwelle mit einem Mitnehmer einer Schaltstange in Eingriff gebracht wird. Die Schaltstange weist eine permanent mit einer Schaltmuffe in Eingriff befindliche Schaltgabel auf, über die in einem Schaltvorgang durch eine Axialverschiebung der Schaltmuffe über eine vorgeschaltete Synchronisiervorrichtung der betreffende Gang durch Schließen einer zugeordneten Gangschaltkupplung geschaltet wird. Es gibt Stufenwechselgetriebe, bei denen eine Axialverschiebung der Schaltwelle einem Wählvorgang und eine Drehung der Schaltwelle einem Schaltvorgang zugeordnet ist; es sind jedoch auch Stufenwechselgetriebe bekannt, bei denen diese Zuordnung umgekehrt ist. Zur Vermeidung unzulässiger Betriebszustände sind Stufenwechselgetriebe häufig mit einer Führungskulisse versehen, die entsprechend den Schaltgassen der Schaltkulisse ausgebildete Führungsbahnen aufweist. In Verbindung mit einem in den Führungsbahnen in Eingriff befindlichen Führungsbolzen sorgt die Führungskulisse dafür, daß die Schaltwelle nur in zulässigen, durch die Führungsbahnen definierten Bahnen axialverschiebbar und um ihre Längsachse drehbar ist. Hierdurch werden Fehlfunktionen des Stufenwechselgetriebes, wie z. B. ein gleichzeitiger Eingriff eines oder mehrerer Schaltfinger der Schaltwelle in zwei verschiedenen Schaltstangen zugeordneten Mitnehmern oder ein Trennen eines Schaltfingers von einem Mitnehmer außerhalb einer dafür vorgesehenen Mittelstellung, zuverlässig verhindert. Dabei kann die Führungskulisse wahlweise mit der Schaltwelle in Verbindung stehen, wobei der Führungsbolzen in diesem Fall gehäusefest angeordnet ist, oder mit dem Gehäuse des Stufenwechselgetriebes verbunden sein, wobei der Führungsbolzen dann mit der Schaltweile in Verbindung steht.

Aufgrund steigender Antriebsdrehmomente der Antriebsmotoren und gleichzeitig steigender Anzahl der Gangstufen, die besonders dem Betrieb der Antriebsmotoren in einem verbrauchsgünstigen Drehzahlbereich dienen, wächst bei nahezu konstantem Bauvolumen der Stufenwechselgetriebe die spezifische Belastung bestimmter Bauteile, wie z. B. von Zahnrädern, Wellen und Lagern. Trotz bekannter Vorkehrungen, wie beispielsweise Rastierungen an der Schaltwelle und an den Schaltstangen sowie Hinterschneidungen an den Klauen der Gangschaltkupplungen, kann es unter bestimmten Betriebsbedingungen, wie z. B. bei einem Auftreten von Lastspitzen oder auch bei Lastwechseln, zu einem unerwünschten Herausspringen eines zuvor korrekt geschalteten Ganges kommen.

In der WO 85/01254 wird eine Schaltvorrichtung für ein Handschaltgetriebe für Kraftfahrzeuge vorgestellt, bei der die Übertragung der über einen Handschalthebel eingegebenen Wähl- und Schaltvorgänge in die Schaltwelle des zugeordneten Stufenwechselgetriebes auf nichtmechanischem Wege erfolgt. Dabei lässt eine Sperrvorrichtung eine Bewegung des Handschalthebels in eine einem geschalteten Gang entsprechende Position nur dann zu, wenn vorgegebene Bedingungen, wie beispielsweise eine ausgerückte Motorkupplung und ein Synchronlauf der dem betreffenden Gang zugeordneten Zahnräder, erfüllt sind. Die Sperrvorrichtung besteht in einer zweiten, der Schaltkulisse des Handschalthebels unterlegten Sperrkulisse, die entgegen der Wirkung einer Feder von einer die Schaltung sperrenden in eine die Schaltung freigebenden Position verschiebbar ist. Durch die vorgestellte Sperrvorrichtung kann eine unzulässige Schaltung eines Ganges vermieden werden. Jedoch ist das Herausspringen eines geschalteten Ganges in dem Stufenwechselgetriebe mit einer derart ausgebildeten Sperrvorrichtung nicht verhinderbar.

Aus der EP 0 798 146 A2 ist eine Führungsvorrichtung für einen Wählhebel bekannt, der in zwei Gassen beweglich ist, die parallel zueinander angeordnet sind und über eine Quergasse miteinander in Verbindung stehen. Durch die Führungsvorrichtung, die im wesentlichen aus einem schaltkonsolenseitigen Strukturelement und einem schalthebelseitigen Führungselement besteht, wird eine exakte Führung des Wählhebels im Bereich der Quergasse bewerkstelligt. Die Anwendung der Führungsvorrichtung bezieht sich bevorzugt auf eine Schaltkonsole für ein Automatikgetriebe, wobei die erste Gasse zur Wahl der üblichen Automatikfahrstufen und die zweite Gasse zur manuellen sequentiellen Schaltung der verfügbaren Übersetzungsstufen vorgesehen ist. Die Vermeidung des Herausspringens eines geschalteten Ganges eines Stufenwechselgetriebes ist durch die bekannte Führungsvorrichtung nicht möglich.

Es ergibt sich daher das Problem, ein Stufenwechselgetriebe, das eine Schaltwelle und eine Führungskulisse und einen Führungsbolzen umfassende Führungsvorrichtung aufweist, mit einer einfachen und kostengünstigen Vorrichtung zu versehen, mit der das Herausspringen eines geschalteten Ganges zuverlässig verhinderbar ist.

Das Problem wird erfindungsgemäß in Verbindung mit dem Oberbegriff von Anspruch 1 dadurch gelöst, daß die Führungskulisse in mindestens einer einem geschalteten Gang entsprechenden Position eine Arretierungsbohrung aufweist, daß der Führungsbolzen in einem mit der Führungskulisse in Eingriff bringbaren Bereich mit einem mit der Arretierungsbohrung korrespondierenden Durchmesser versehen ist, und daß der Führungsbolzen derart ausgebildet und angeordnet ist, daß er zur Arretierung des betreffenden Ganges durch eine Axialverschiebung in die Arretierungsbohrung in Eingriff bringbar ist.

Dadurch, daß die Schaltwelle in jeweils einer einem geschalteten Gang entsprechenden Position über einen Schaltfinger, einen Mitnehmer, eine Schaltstange, eine Schaltgabel und eine Schaltmuffe formschlüssig mit der geschlossenen Schaltkupplung des jeweils geschalteten Ganges in Verbindung steht, ist der betreffende Gang durch eine Arretierung der Führungskulisse mittels des Führungsbolzens zuverlässig gegen ein Herausspringen zu sichern. Im vorliegenden Fall geschieht dies jeweils durch eine Arretierungsbohrung in der Führungskulisse, in die der mit einem entsprechenden Durchmesser versehene Führungsbolzen durch eine Axialverschiebung in Eingriff bringbar ist. Die Arretierungsbohrungen befinden sich in Positionen, die der jeweiligen Lage des Führungsbolzens in den Führungsbahnen der Führungskulisse bei dem jeweils geschalteten Gang entsprechen, d. h. im wesentlichen an den Enden der Führungsbahnen. Der Durchmesser der Arretierungsbohrungen ist zwangsläufig größer als die Breite der Führungsbahnen. Demzufolge weist der Führungsbolzen in einem Bereich, der sich in arretiertem Zustand mit einer der Arretierungsbohrungen in Eingriff befindet, einen gegenüber dem mit den Führungsbahnen zusammenwirkenden Durchmesser größeren Durchmesser auf. Aufgrund der lediglich erforderlichen Modifikationen der Führungskulisse und der Lagerung und Ausbildung des Führungsbolzens ist die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Vermeidung des Herausspringens eines geschalteten Ganges mit relativ geringem Aufwand realisierbar. Die vorgeschlagene Lösung ist unabhängig davon einsetzbar, ob die Führungskulisse mit der Schaltwelle in Verbindung steht und der Führungsbolzen gehäusefest angeordnet ist oder ob die Führungskulisse gehäusefest angeordnet ist und der Führungsbolzen mit der Schaltwelle in Verbindung steht.

In einer alternativen Lösung wird das Problem in Verbindung mit dem Oberbegriff von Anspruch 2 dadurch gelöst, daß eine koaxial zur Führungskulisse angeordnete und mit dieser in Verbindung stehende Arretierungskulisse vorgesehen ist, daß die Arretierungskulisse in mindestens einer einem geschalteten Gang entsprechenden Position mit einer Arretierungsbohrung versehen ist, wobei die Arretierungsbohrung einen mit dem Führungsbolzen korrespondierenden Durchmesser aufweist, und daß der Führungsbolzen derart ausgebildet und angeordnet ist, daß er zur Arretierung des betreffenden Ganges durch eine Axialverschiebung in die Arretierungsbohrung in Eingriff bringbar ist.

In diesem Fall ist ein eingelegter Gang im Prinzip in gleicher Weise gegen ein Herausspringen zu sichern, wie dies schon für die erste Lösung zuvor beschrieben wurde. Im vorliegenden Fall geschieht dies jedoch jeweils durch eine Arretierungsbohrung in einer separaten Arretierungskulisse, in die der mit einem entsprechenden Durchmesser versehene Führungsbolzen durch eine Axialverschiebung in Eingriff bringbar ist. Die Arretierungskulisse ist koaxial zu der Führungskulisse angeordnet und steht mit dieser in Verbindung. In diesem Fall weist die Arretierungskulisse keine Führungsbahnen, sondern nur Arretierungsbohrungen auf, die sich in Positionen befinden, die der jeweiligen Lage des Führungsbolzens in den Führungsbahnen der Führungskulisse bei dem jeweils geschalteten Gang entsprechen, d. h. im wesentlichen an den Enden der Führungsbahnen, jedoch radial projiziert auf die Arretierungskulisse. Der Durchmesser der Arretierungsbohrungen kann daher der Breite der Führungsbahnen entsprechen, so daß der Führungsbolzen durchgängig mit einem einheitlichen Durchmesser versehen sein kann. Auch in diesem Fall ergibt sich ein relativ geringer Aufwand, da außer einer Modifikation des Führungsbolzens zusätzlich nur die Arretierungskulisse vorgesehen ist. Wie schon bei der ersten Lösung ist auch die vorliegende Lösung unabhängig davon einsetzbar, ob die Führungskulisse mit der Schaltwelle in Verbindung steht und der Führungsbolzen gehäusefest angeordnet ist, oder ob die Führungskulisse gehäusefest angeordnet ist und der Führungsbolzen mit der Schaltwelle in Verbindung steht. Ein Vorteil gegenüber der ersten Lösung besteht darin, daß im Bereich der jeweils einem geschalteten Gang entsprechenden Positionen des Führungsbolzens, d. h. im Bereich der Enden der Führungsbahnen der Führungskulisse, aufgrund der ungeändert belassenen Führungsbahnen eine exakte Führung der Schaltwelle gegeben ist.

In einer Variante der letztgenannten Version kann die Funktion der Führungskulisse und der Arretierungskulisse wechselweise von der einen oder anderen Kulisse erfüllt werden, indem zwei koaxial angeordnete Kulissen vorgesehen sind, und die Kulissen bereichsweise im Wechsel als Führungskulisse und als Arretierungskulisse ausgebildet sind. Dabei können die Kulissen wahlweise und/oder in Kombination Merkmale der ersten Lösung, d. h. Führungsbahnen mit integrierten Arretierungsbohrungen, oder Merkmale der zweiten Lösung, d. h. separate Führungsbahnen und Arretierungsbohrungen, aufweisen. Eine derartige Ausbildung und Anordnung der Kulissen ist besonders für Stufenwechselgetriebe geeignet, in denen aus Platzgründen stellenweise die eine oder andere Kulisse weggelassen werden muss bzw. eine von beiden mit einer größeren Aussparung versehen ist.

Es sind auch Stufenwechselgetriebe bekannt, bei denen der Schaltwelle, die dann als Hauptwelle bezeichnet wird, mindestens eine Vorwelle zur Einleitung und Übertragung der Wähl- und Schaltbewegungen vorgeschaltet ist, z. B. eine Wählwelle zur Einleitung und Übertragung der Wählbewegungen und eine Schaltwelle zur Einleitung und Übertragung der Schaltbewegungen. In diesem Fall kann die erfindungsgemäße Arretierungsvorrichtung wahlweise an der Hauptwelle oder den Vorwellen oder in Kombination an der Haupt- und mindestens einer der Vorwellen angeordnet werden.

Auch ist die erfindungsgemäße Arretierungsvorrichtung unabhängig davon anwendbar, ob es sich bei dem zugrundeliegenden Getriebe um ein einfaches Stufenwechselgetriebe ohne ein Zusatzgetriebe handelt, oder ob dem Stufenwechselgetriebe insgesamt oder einer bestimmten Übersetzungsstufe des Stufenwechselgetriebes ein Zusatzgetriebe vor- oder nachgeschaltet ist. Bei dem Zusatzgetriebe kann es sich um ein Getriebe beliebiger Bauart handeln, z. B. um einen stufenlosen Variator (CVT), ein Planetengetriebe, oder einen Overdrive.

Zur Erleichterung des Eingriffes des Führungsbolzens in die jeweilige Arretierungsbohrung kann der Führungsbolzen und/oder die Arretierungsbohrung eine Verrundung und/oder eine Phase aufweisen. Dadurch kann die Arretierung der Schaltwelle und damit die Sicherung des geschalteten Ganges auch dann erfolgen, wenn der Führungsbolzen und die betreffende Arretierungsbohrung bei einem geschalteten Gang wegen Fertigungsungenauigkeiten, Verschleiß oder aus anderen Gründen nicht exakt fluchten.

Des weiteren kann der Führungsbolzen zur Begrenzung der Axialverschiebung einen Anschlagbund aufweisen. Es kann ein Anschlagbund zur Begrenzung der axialen Bewegung in Richtung der nicht arretierten Lage vorgesehen sein, durch den sichergestellt wird, daß sich der Führungsbolzen immer in Eingriff mit den Führungsbahnen der Führungskulisse befindet. Es kann jedoch auch ein Anschlagbund zur Begrenzung der axialen Bewegung in Richtung der arretierten Lage vorgesehen sein, durch den ein Herausfallen des Führungsbolzens aus einer Bolzenführung verhindert und ein Eingriff des Führungsbolzens in die entsprechende Arretierungsbohrung mit dem dafür vorgesehenen Abschnitt bewirkt wird.

Der Führungsbolzen wird vorteilhaft mittels eines Federelementes passiv in einer Ruheposition gehalten, wobei die Ruheposition wahlweise einer außer Eingriff mit der Arretierungsbohrung befindlichen Position des Führungsbolzens oder einer mit der Arretierungsbohrung in Eingriff befindlichen Position des Führungsbolzens entsprechen kann. Somit ist eine Stellkraft jeweils nur erforderlich, um den Führungsbolzen aus der Ruheposition in die jeweils andere Position zu bringen.

Im ersten Fall wird der Führungsbolzen durch einen ansteuerbaren Stellantrieb mit der Arretierungsbohrung in Eingriff gebracht, im zweiten Fall dagegen außer Eingriff mit der Arretierungsbohrung gebracht. In einer Zusatzfunktion kann die erfindungsgemäße Vorrichtung in beiden Fällen auch als Schaltsperre verwendet werden, indem beispielsweise in der Führungs- oder Arretierungskulisse auch in Positionen, die zwischen der Mittellage und der einem geschalteten Gang entsprechenden Position einer Führungsgasse eine Sperrbohrung angeordnet ist. In diese Sperrbohrung kann der Führungsbolzen dann zum Eingriff gebracht und die Schaltung des betreffenden Ganges verhindert werden, wenn bestimmte Sicherheitsbedingungen, wie beispielsweise eine vollständig geöffnete Motorkupplung und eine bei der momentanen Fahrzeuggeschwindigkeit im geschalteten Gang im zulässigen Bereich liegende Drehzahl des Antriebsmotors, nicht erfüllt sind. Entspricht die Ruheposition einer arretierten Lage des Führungsbolzens, so kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch in Verbindung mit einer Wegfahrsperre genutzt werden. So kann das betreffende Kraftfahrzeug z. B. mit eingelegtem Rückwärtsgang abgestellt werden, der dann arretiert ist und im Zusammenwirken mit der Wegfahrsperre nur nach ordnungsgemäßer Inbetriebnahme des Kraftfahrzeuges lösbar ist.

Der Stellantrieb ist bevorzugt als Elektromagnet ausgebildet. Zwar sind prinzipiell auch hydraulische oder pneumatische Stellantriebe denkbar. Diese erfordern jedoch besondere Einrichtungen zur Erzeugung, Verteilung und Steuerung der jeweiligen Hilfsenergie, wie Pumpen, Leitungen und Steuerventile. Demgegenüber ist ein Elektromagnet, der von einem ohnehin vorhandenen elektrischen Bordnetz gespeist werden kann, weniger aufwendig. Im übrigen weist ein Elektromagnet im Vergleich ein schnelleres Ansprechverhalten auf und ist somit präziser steuerbar.

Zu Montage- und Justierzwecken, z. B. zur Justierung einer Seilzugschaltung bei der Montage oder nach einer Reparatur, ist es vorteilhaft, wenn das Stufenwechselgetriebe in einer geeigneten Justierstellung arretierbar ist. Dies kann auf die gleiche Art und Weise geschehen wie die zuvor beschriebene Arretierung in der jeweils einem geschalteten Gang entsprechenden Position, nämlich dadurch, daß zur Fixierung der Schaltwelle in einer Justierlage eine Arretierungsbohrung in einer Justierposition vorgesehen ist.

In gleicher Weise kann das Stufenwechselgetriebe auch in einer Neutrallage fixiert werden. Die Neutrallage entspricht einer Leerlaufposition der Schaltwelle, bei der sich üblicherweise der Handschalthebel durch den Einfluss von Federelementen in einer Neutralstellung einer mittleren Schaltgasse befindet. Zur Fixierung der Schaltwelle in der Neutrallage ist vorteilhaft eine Arretierungsbohrung in einer entsprechenden Neutralposition vorgesehen. Dadurch ist eine Leerlaufsperre realisiert, die vorteilhaft in Verbindung mit einer Anfahrsperre betrieben werden kann, durch die eine ungewollte Beschleunigung des Kraftfahrzeuges verhinderbar ist.

In einer Abwandlung der bisherigen formschlüssigen Sperrvorrichtung kann der als Sperrbolzen wirksame Führungsbolzen mit einer Rastiervorrichtung versehen sein, und die Arretierungsbohrungen eine mit der Rastiervorrichtung korrespondierende Form aufweisen. Bei der Rastiervorrichtung kann es sich um eine an der Spitze des Führungsbolzens angeordnete Rastierungshülse mit einer federbelasteten Kugel handeln. Die Arretierungsbohrungen sind dann vorteilhaft als kugelkalottenförmige Mulden oder als untermaßige Bohrungen mit starker Schrägungsphase ausgebildet. Durch die Verwendung der Rastiervorrichtung wird zwar die Sicherheit zur Vermeidung des Herausspringens eines geschalteten Ganges gegenüber der formschlüssig wirksamen Arretierungsvorrichtung reduziert. Ein Vorteil liegt jedoch darin, daß bei einem Defekt an der Arretierungsvorrichtung bei einem geschalteten Gang dieser gewaltsam, aber zerstörungsfrei herausgenommen werden kann. Somit werden die aus einem derartigen Defekt resultierenden Reparaturkosten wesentlich reduziert.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise veranschaulicht sind.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Führungskulisse mit Arretierungsbohrungen und einem zugeordneten Führungsbolzen,

Fig. 2 eine Führungskulisse mit einer Arretierungskulisse und einem zugeordneten Führungsbolzen,

Fig. 3 eine Führungskulisse nach dem Stand der Technik,

Fig. 4 ein Schaltschema, und

Fig. 5 zwei koaxial angeordnete Kulissen mit einem zugeordneten Führungsbolzen.

Im folgenden wird die Erfindung nicht anhand eines vollständigen Stufenwechselgetriebes erläutert, sondern zur Verbesserung der Übersichtlichkeit sind nur die für die Erfindung relevanten Bauteile des Stufenwechselgetriebes zur Veranschaulichung der Erfindung dargestellt.

Als Ausgangspunkt der Erfindung zeigt die Fig. 3 eine Führungskulisse 1 nach dem Stand der Technik. Die Führungskulisse 1 ist als Hülse ausgebildet und fest mit einer Schaltwelle 2 verbunden. Sie weist Führungsbahnen 3a-3e auf, in denen sich ein Führungsbolzen 4 in Eingriff befindet, wobei der Führungsbolzen 4 fest in einer Gehäusewand 5 des Stufenwechselgetriebes befestigt ist. Die Führungsbahnen 3a-3e weisen eine konstante Breite 6 auf. Der Führungsbolzen 4 weist insbesondere in einem inneren Bereich 7, in dem er sich mit den Führungsbahnen 3a-3e der Führungskulisse 1 in Eingriff befindet, einen mit der Breite 6 der Führungsbahnen 3a-3e korrespondierenden Durchmesser 8 auf, so daß ein widerstandsarmes und spielfreies Gleiten des Führungsbolzens 4 in der Führungskulisse 1 gegeben ist.

Die Schaltwelle 2 ist zur getriebeinternen Übertragung von Wähl- und Schaltvorgängen axialverschiebbar, symbolisiert durch einen Längsbewegungspfeil 9, und um seine Längsachse 10 drehbar, symbolisiert durch einen Rotationspfeil 11, gelagert. Durch eine Führung mittels der Führungskulisse 1 und des Führungsbolzens 4 ist die Schaltwelle 2 nur in vorbestimmten Bahnen axialverschiebbar und drehbar, die durch die Führungsbahnen 3a-3e der Führungskulisse 1 definiert sind. Hierbei sorgt die Verwendung einer auf die Schaltwelle 2 aufgesetzten Hülse für eine hohe Stabilität der Führungskulisse 1 und eine hohe räumliche Auflösung in Umfangsrichtung. Des weiteren wird die Schaltwelle 2 aufgrund des Fehlens von Vertiefungen in ihrer Festigkeit nicht wesentlich beeinträchtigt.

Die Führungsbahnen 3a-3e bilden ein Schaltschema 12 ab, das für die Fig. 1-3 in Fig. 4 angegeben ist. Das Schaltschema 12 ist als beispielhaft anzusehen und weist vier Schaltgassen 3A-3D und eine Quergasse 3E auf. Während den Schaltgassen 3A und 3D jeweils nur ein Gang zugeordnet ist, der Schaltgasse 3A der Rückwärtsgang R und der Schaltgasse 3D der fünfte Vorwärtsgang G5, sind den Schaltgassen 3B und 3C jeweils zwei Gänge zugeordnet, nämlich der Schaltgasse 3B der erste und der zweite Vorwärtsgang G1, G2 und der Schaltgasse 3C der dritte und der vierte Vorwärtsgang G3, G4. Durch die Quergasse 3E sind die Schaltgassen 3A-3D miteinander verbunden, so daß zur Durchführung eines Wählvorganges von einer Schaltgasse in eine andere gewechselt werden kann.

Durch die Führung der Schaltwelle 2 mittels der Führungskulisse 1 wird sichergestellt, daß nur zulässige Bewegungen der Schaltwelle 2 möglich sind. Im vorliegenden Fall ist der Axialverschiebung 9 ein Wählvorgang, d. h. die Wahl der Schaltgasse, zugeordnet. Getriebeintern wird dabei ein Schaltfinger der Schaltwelle 2 mit einem Mitnehmer einer Schaltstange in Eingriff gebracht. Die betreffende Schaltstange steht über eine Schaltgabel mit einer Schaltmuffe in Verbindung, mittels der bei einer Drehung 11 der Schaltwelle 2 der Schaltvorgang, d. h. das Einlegen eines Ganges, erfolgt, wobei einer von zwei möglichen Gängen oder der einzig mögliche Gang der zuvor gewählten Schaltgasse durch ein Schließen einer zugeordneten Gangschaltkupplung geschaltet wird. Durch die Führungskulisse 1 werden somit Fehlfunktionen des Stufenwechselgetriebes, wie z. B. ein gleichzeitiger Eingriff eines oder mehrerer Schaltfinger der Schaltwelle 2 in zwei verschiedenen Schaltstangen zugeordnete Mitnehmer oder ein Trennen eines Schaltfingers von einem Mitnehmer außerhalb einer dafür vorgesehenen Mittelstellung, zuverlässig verhindert.

In der Fig. 1 ist nun eine erste Variante des erfindungsgemäßen Stufenwechselgetriebes dargestellt. Im Unterschied zu Fig. 3 ist die Schaltwelle 2 mit einer Führungskulisse 1' verbunden, die mit geänderten Führungsbahnen 3a'-3e' versehen ist. Jede einer Schaltgasse 3A-3D entsprechende Führungsbahn 3a'-3d' weist an jedem Ende, das jeweils einem geschalteten Gang R, G1-G5 zugeordnet ist, eine Arretierungsbohrung BR, B1-B5 mit einem Durchmesser 13 auf. Zusätzlich weist die dem Rückwärtsgang R zugeordnete Führungsbahn 3a' an ihrer Verbindung zur Querbahn 3e' eine Sperrbohrung SR gleichen Durchmessers 13 auf. Ein Führungsbolzen 4', der im vorliegenden Fall auch als Arretierungsbolzen verwendet wird, ist, wie durch einen Längsbewegungspfeil 14 angedeutet, axialverschiebbar in der Gehäusewand 5 gelagert. An seinem inneren Ende 15 weist der Führungsbolzen 4' den Durchmesser 8 auf, der mit der Breite 6 der Führungsbahnen 3a'-3e' korrespondiert. In einem Bereich 16, der jeweils mit einer der Arretierungsbohrungen BR, B1-B5 oder der Sperrbohrung SR in Eingriff bringbar ist, weist der Führungsbolzen einen entsprechend größeren Durchmesser 17 auf, der mit dem Durchmesser 13 der Bohrungen BR, B1-B5, SR korrespondiert. Weiter außen an dem Führungsbolzen 4' befindet sich ein Anschlagbund 18, durch den sowohl die Axialbewegung 14 des Führungsbolzens 4' nach innen in Richtung auf die Längsachse 10 der Schaltwelle 2 als auch nach außen in Richtung auf die Gehäusewand 5 begrenzt wird. Weiter außen weist der Führungsbolzen 4' einen Schaft 19 auf, der mit einem Federteller 20 verbunden ist. Zwischen dem Federteller 20 und der Gehäusewand 5 befindet sich ein Elektromagnet 21 und ein als Schraubenfeder ausgebildetes Federelement 22.

Durch die gegenüber Fig. 3 prinzipiell beibehaltenen Führungsbahnen 3a'-3e' ist die Führung der Schaltwelle 2 zur ordnungsgemäßen Durchführung von Wähl- und Schaltvorgängen weitgehend erhalten. Zusätzlich besteht aber nun die Möglichkeit, die Schaltwelle 2 in Positionen, die einem geschalteten Gang R, G1-G5 entsprechen, formschlüssig zu arretieren. Hierzu ist der Führungsbolzen 4' mittels des Elektromagneten 21 gegen die Rückstellkraft des Federelementes 22 nach innen verschiebbar, wodurch der Führungsbolzen 4' mit seinem größeren Durchmesser 17 in die entsprechende Bohrung BR, B1-B5 in Eingriff gebracht wird. Da die Schaltwelle 2 in der jeweiligen Position über einen Schaltfinger, einen Mitnehmer, eine Schaltgabel, eine Schaltmuffe und ggf. eine Sperrsynchronisiervorrichtung formschlüssig mit der dann geschlossenen Gangschaltkupplung des betreffenden Ganges R, G1-G5 in Verbindung steht, ist der geschaltete Gang damit zuverlässig gegen ein Herausspringen gesichert. Durch die zusätzlich vorgesehene Sperrbohrung SR soll beispielhaft angedeutet werden, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung auch zur Sperrung eines bestimmten Ganges oder einer Schaltgasse genutzt werden kann. Im vorliegenden Fall ist ein unbeabsichtigtes Einlegen des Rückwärtsganges R dadurch verhinderbar, daß der Führungsbolzen 4' in die Sperrbohrung SR gesteuert wird, wenn z. B. von einem Fahrer in einem Wählvorgang trotz eines vorwärtsfahrenden Kraftfahrzeuges in die dem Rückwärtsgang R zugeordnete Schaltgasse 3A geschaltet wird.

Der Aufbau der Führungskulisse 1' mit den Arretierungsbohrungen BR, B1-B5 und dem Führungsbolzen 4C ist relativ einfach und kostengünstig. Durch die Verwendung des Elektromagneten 21 als Stellantrieb ergibt sich ein geringer steuerungstechnischer Aufwand und ein gutes Ansprechverhalten. Bei stromlosem Elektromagneten 21 kehrt der Führungsbolzen 4' aufgrund der Rückstellkraft des Federelementes 22 selbsttätig in eine in Fig. 1 dargestellte entsperrte Ruheposition zurück, so daß auch im Hinblick auf mögliche Störungen eine hohe Funktionssicherheit gegeben ist. Die Steuerung der erfindungsgemäßen Vorrichtung könnte über ein Steuergerät erfolgen, das einerseits über Positionssensoren die momentane Lage der Schaltwelle 2 erfasst und andererseits, beispielsweise über einen Sensor an einem Handschalthebel, eine Wähl- und Schaltaktivität des Fahrers registriert. Befindet sich die Schaltwelle 2 in einer einem Gang R, G1-G5 geschalteten Position und hat der Fahrer den Handschalthebel losgelassen, sollte der Führungsbolzen 4' in die arretierte Lage gebracht werden, wogegen er bei einer Berührung des Handschalthebels wieder in die Ruheposition gebracht werden sollte.

In der Fig. 2 ist eine zweite Variante des erfindungsgemäßen Stufenwechselgetriebes wiedergegeben, die sich geringfügig von der ersten in Fig. 1 dargestellten Variante unterscheidet. So ist die Schaltwelle 2 in diesem Fall mit einer Führungskulisse 1" verbunden, deren Führungsbahnen 3a-3e gegenüber Fig. 3 ungeändert sind und keine Arretierungs- oder Sperrbohrungen aufweisen. Jedoch ist zwischen der Schaltwelle 2 und der Führungskulisse 1" eine separate Arretierungskulisse 23 angeordnet. Die Schaltwelle 2, die Führungskulisse 1" und die Arretierungskulisse 23 sind fest miteinander verbunden und koaxial zueinander angeordnet. Die Arretierungskulisse 23 weist an Positionen, die radial projiziert den Enden der Führungsbahnen 3a-3d und damit jeweils einem geschalteten Gang R, G1-G5 entsprechen, Arretierungsbohrungen BR', B1'-B5' mit gleichem Durchmesser 24 wie die Breite 6 der Führungsbahnen 3a-3e auf. Demzufolge weist der Führungsbolzen 4", der ansonsten demjenigen in Fig. 1 entspricht, in einem inneren Bereich 25 den konstanten Durchmesser 8 auf, der sowohl mit der Breite 6 der Führungsbahnen 3a-3e als auch mit dem Durchmesser 24 der Arretierungsbohrungen BR', B1'-B5' korrespondiert. Auch in diesem Fall ist beispielhaft eine Sperrbohrung SR' zur bedarfsweisen Sperrung der dem Rückwärtsgang R zugeordneten Schaltgasse 3A (vgl. Fig. 4) vorgesehen und an der Arretierungskulisse 23 an entsprechender Stelle angeordnet. Die Funktionsweise der vorliegenden Vorrichtung entspricht weitgehend derjenigen in Fig. 1 beschriebenen. Als Vorteil ist jedoch zu bemerken, daß im vorliegenden Fall die Führung der Schaltwelle 2, speziell im Bereich der jeweils einem geschalteten Gang R, G1-G5 entsprechenden Positionen, in denen sich in Fig. 1 die Arretierungsbohrungen BR, B1-B5 befinden, und an Orten von Sperrbohrungen, z. B. von SR, aufgrund ungeänderter Führungsbahnen 3a-3e nicht beeinträchtigt wird.

Die Erfindung wurde zuvor anhand von zwei Ausführungsbeispielen erläutert, bei denen die Führungs- bzw. Arretierungskulissen mit der Schaltwelle verbunden und die Führungsbolzen gehäuseseitig gelagert waren. Die Erfindung bezieht sich jedoch auch auf Stufenwechselgetriebe, bei denen die Führungs- bzw. Arretierungskulissen gehäuseseitig befestigt und die Führungsbolzen wellenseitig gelagert sind. Des weiteren ist die Erfindung auch bei Stufenwechselgetrieben anwendbar, bei denen, im Gegensatz zu den Beispielen, jeweils einer Drehung der Schaltwelle ein Wählvorgang und einer Längsverschiebung der Schaltwelle ein Schaltvorgang zugeordnet ist. In diesem Fall ist lediglich die Orientierung bzw. Anordnung der Führungsbahnen und der Arretierungs- und Sperrbohrungen anders. Schließlich müssen nicht zwangsläufig, wie in den Beispielen von Fig. 1 und Fig. 2 gezeigt, alle Gänge durch Arretierungsbohrungen gegen ein Herausspringen sicherbar sein. Beispielsweise ist es auch denkbar, nur die höheren Gänge erfindungsgemäß sicherbar zu gestalten.

Schließlich sind in der Fig. 5 schematisch zwei koaxial angeordnete Kulissen, eine innere Kulisse 26 und eine äußere Kulisse 27, mit einem zugeordneten Führungsbolzen 4''' in einem Querschnitt abgebildet. Die Kulissen 26, 27 stehen mit der Schaltwelle 2 in Verbindung. Der Führungsbolzen 4''' ist axialbeweglich 28 in der Gehäusewand 5 des zugeordneten Stufenwechselgetriebes gelagert und weist in einem inneren 29 und einem äußeren Bereich 30 jeweils einen mit mindestens einer Arretierungsbohrung 31 der inneren Kulisse 26 bzw. einer Arretierungsbohrung 32 der äußeren Kulisse 27 korrespondierenden Durchmesser 33, 34 auf. Zwischen dem inneren 29 und dem äußeren Bereich 30 weist der Führungsbolzen 4''' einen Führungsdurchmesser 35 auf, der mit (in Fig. 5 nicht erkennbaren) Führungsbahnen der Kulissen 26, 27 korrespondiert. Die Arretierungsbohrungen 31, 32 sind in dem vorliegenden Beispiel axial versetzt angeordnet, so daß der Führungsbolzen 4''' jeweils nur mit einer der Arretierungsbohrungen 31, 32 in Eingriff bringbar ist, und zwar mit der Arretierungsbohrung 31 der inneren Kulisse 26 durch eine Axialbewegung 28 radial nach außen, und mit der Arretierungsbohrung 32 der äußeren Kulisse 27 durch eine Axialbewegung 28 radial nach innen. Hierzu sorgt ein innerer Anschlagbund 36 zur Begrenzung der Axialbewegung 28 radial nach außen und ein äußerer Anschlagbund 37 zur Begrenzung der Axialbewegung 28 radial nach innen.

Mit Hilfe der in Fig. 5 dargestellten Variante soll verdeutlicht werden, daß die Funktion der Führungskulisse (1', 1") und der Arretierungskulisse (23) nach Fig. 1 und Fig. 2 wechselweise von der einen oder anderen von zwei koaxial angeordneten Kulissen 26, 27 erfüllt werden kann. Die Kulissen 26, 27 sind dann bereichsweise im Wechsel als Führungskulisse und als Arretierungskulisse ausgebildet. Dabei können die Kulissen wahlweise und/oder in Kombination Merkmale der ersten Lösung nach Fig. 1, d. h. Führungsbahnen (3a'-3e') mit integrierten Arretierungsbohrungen (BR, B1-B5), oder Merkmale der zweiten Lösung, d. h. separate Führungsbahnen (3a-3e) und Arretierungsbohrungen (BR, B1'-B5'), aufweisen. Eine derartige Ausbildung und Anordnung der Kulissen 26, 27 ist besonders für Stufenwechselgetriebe geeignet, in denen aus Platzgründen stellenweise die eine oder andere Kulisse weggelassen werden muss bzw. eine von beiden mit einer größeren Aussparung versehen ist.

BEZUGSZEICHENLISTE

1

Führungskulisse

1

' Führungskulisse

1

" Führungskulisse

2

Schaltwelle

3

a Führungsbahn

3

a' Führungsbahn

3

A Schaltgasse

3

b Führungsbahn

3

b' Führungsbahn

3

B Schaltgasse

3

c Führungsbahn

3

c' Führungsbahn

3

C Schaltgasse

3

d Führungsbahn

3

d' Führungsbahn

3

D Schaltgasse

3

e Führungsbahn, Querbahn

3

e' Führungsbahn, Querbahn

3

E Quergasse

4

Führungsbolzen

4

' Führungsbolzen

4

" Führungsbolzen

4

''' Führungsbolzen

5

Gehäusewand

6

Breite

7

innerer Bereich

8

Durchmesser

9

Längsbewegungspfeil, Axialverschiebung

10

Längsachse

11

Rotationspfeil, Drehung

12

Schaltschema

13

Durchmesser

14

Längsbewegungspfeil, Axialverschiebung

15

inneres Ende

16

Bereich

17

(größerer) Durchmesser

18

Anschlagbund

19

Schaft

20

Federteller

21

Elektromagnet

22

Federelement

23

Arretierungskulisse

24

Durchmesser

25

innerer Bereich

26

(innere) Kulisse

27

(äußere) Kulisse

28

Längsbewegungspfeil, Axialbewegung

29

innerer Bereich

30

äußerer Bereich

31

Arretierungsbohrung

32

Arretierungsbohrung

33

Durchmesser

34

Durchmesser

35

Führungsdurchmesser

36

innerer Anschlagbund

37

äußerer Anschlagbund
B1 Arretierungsbohrung für ersten Vorwärtsgang
B1' Arretierungsbohrung für ersten Vorwärtsgang
B2 Arretierungsbohrung für zweiten Vorwärtsgang
B2' Arretierungsbohrung für zweiten Vorwärtsgang
B3 Arretierungsbohrung für dritten Vorwärtsgang
B3' Arretierungsbohrung für dritten Vorwärtsgang
B4 Arretierungsbohrung für vierten Vorwärtsgang
B4' Arretierungsbohrung für vierten Vorwärtsgang
B5 Arretierungsbohrung für fünften Vorwärtsgang
B5' Arretierungsbohrung für fünften Vorwärtsgang
BR Arretierungsbohrung für Rückwärtsgang
BR' Arretierungsbohrung für Rückwärtsgang
G1 erster Vorwärtsgang
G2 zweiter Vorwärtsgang
G3 dritter Vorwärtsgang
G4 vierter Vorwärtsgang
G5 fünfter Vorwärtsgang
R Rückwärtsgang
SR Sperrbohrung für Rückwärtsgang
SR' Sperrbohrung für Rückwärtsgang

Claims (14)

1. Stufenwechselgetriebe, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer Schaltwelle (2) und einer eine Führungskulisse (1) und einen Führungsbolzen (4) umfassenden Führungsvorrichtung, mittels der die Schaltwelle (2) zur getriebeinternen Übertragung von Wähl- und Schaltvorgängen in vorbestimmten Bahnen axial verschiebbar (9) und um ihre Längsachse (10) drehbar (11) geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungskulisse (1') in mindestens einer einem geschalteten Gang (R, G1-G5) entsprechenden Position eine Arretierungsbohrung (BR, B1-B5) aufweist, daß der Führungsbolzen (4') in einem mit der Führungskulisse (1') in Eingriff bringbaren Bereich (16) mit einem mit der Arretierungsbohrung (BR, B1-B5) korrespondierenden Durchmesser (17) versehen ist, und daß der Führungsbolzen (4') derart ausgebildet und angeordnet ist, daß er zur Arretierung des betreffenden Ganges (R, G1-G5) durch eine Axialverschiebung (14) in die Arretierungsbohrung (BR, B1-B5) in Eingriff bringbar ist.

2. Stufenwechselgetriebe, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer Schaltwelle (2) und einer eine Führungskulisse (1) und einen Führungsbolzen (4) umfassenden Führungsvorrichtung, mittels der die Schaltwelle (2) zur getriebeinternen Übertragung von Wähl- und Schaltvorgängen in vorbestimmten Bahnen axial verschiebbar (9) und um ihre Längsachse (10) drehbar (11) geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine koaxial zur Führungskulisse (1") angeordnete und mit dieser in Verbindung stehende Arretierungskulisse (23) vorgesehen ist, daß die Arretierungskulisse (23) in mindestens einer einem geschalteten Gang (R, G1-G5) entsprechenden Position mit einer Arretierungsbohrung (BR', B1'-B5') versehen ist, wobei die Arretierungsbohrung (BR', B1'-B5') einen mit dem Führungsbolzen (4") korrespondierenden Durchmesser (24) aufweist, und daß der Führungsbolzen (4") derart ausgebildet und angeordnet ist, daß er zur Arretierung des betreffenden Ganges (R, G1-G5) durch eine Axialverschiebung (14) in die Arretierungsbohrung (BR', B1'-B5') in Eingriff bringbar ist.

3. Stufenwechselgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei koaxial angeordnete Kulissen (26, 27) vorgesehen sind, und daß die Kulissen (26, 27) bereichsweise im Wechsel als Führungskulisse (1', 1") und als Arretierungskulisse (23) ausgebildet sind.

4. Stufenwechselgetriebe einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Arretierungsbohrung (BR, B1-B5, BR', B1'-B5') und/oder der Führungsbolzen (4', 4") zur Erleichterung des Eingriffes eine Verrundung und/oder eine Phase aufweist.

5. Stufenwechselgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungsbolzen (4', 4") zur Begrenzung der Axialverschiebung (14) einen Anschlagbund (18) aufweist.

6. Stufenwechselgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungsbolzen (4', 4") mittels eines Federelementes (22) passiv in einer Ruheposition haltbar ist.

7. Stufenwechselgetriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ruheposition einer außer Eingriff mit der Arretierungsbohrung (BR, B1-B5, BR', B1'-B5') befindlichen Position des Führungsbolzens (4', 4") entspricht.

8. Stufenwechselgetriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ruheposition einer mit der Arretierungsbohrung (BR, B1-B5, BR', B1'-B5') in Eingriff befindlichen Position des Führungsbolzens (4', 4") entspricht.

9. Stufenwechselgetriebe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungsbolzen (4', 4") durch einen ansteuerbaren Stellantrieb mit der Arretierungsbohrung (BR, B1-B5, BR', B1'-B5') in Eingriff bringbar ist.

10. Stufenwechselgetriebe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungsbolzen (4', 4") durch einen ansteuerbaren Stellantrieb außer Eingriff mit der Arretierungsbohrung (BR, B1-B5, BR', B1'-B5') bringbar ist.

11. Stufenwechselgetriebe nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellantrieb als Elektromagnet (21) ausgebildet ist.

12. Stufenwechselgetriebe einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Fixierung der Schaltwelle (2) in einer Justierlage eine Arretierungsbohrung in einer Justierposition vorgesehen ist.

13. Stufenwechselgetriebe einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur Fixierung der Schaltwelle (2) in einer Neutrallage eine Arretierungsbohrung in einer Neutralposition vorgesehen ist.

14. Stufenwechselgetriebe einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungsbolzen (4', 4", 4''') mit einer Rastiervorrichtung versehen ist, und daß die Arretierungsbohrungen (BR, B1-B5; BR', B1'-B5') eine mit der Rastiervorrichtung korrespondierende Form aufweisen.