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Die
Erfindung betrifft ein Betätigungsvorrichtung
zur Realisierung der Schaltung des Getriebes eines Kraftfahrzeuges,
vorzugsweise der Schaltungen eines Doppelkupplungsgetriebes, mit
mindestens einer rotatorisch bewegbaren Schaltwelle, wobei die Schaltwelle
mindestens eine definierte Schaltkontur zur Betätigung mindestens einer Schaltschiene
aufweist.
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Im
Stand der Technik sind unterschiedliche Betätigungsvorrichtungen zur Realisierung
der Schaltungen eine Getriebes eines Kraftfahrzeuges bekannt. Im
allgemeinen ist allen Betätigungsvorrichtungen
gemeinsam, dass diese zumindest einen Aktuator zur Betätigung einer
Schaltwelle aufweisen. Die Schaltwellen sind unterschiedlich ausgebildet, wobei
diese zumeist einen Schaltfinger aufweisen, der Schaltschienen betätigt, nämlich entsprechend verschiebt.
Jede Schaltschiene betätigt
hierbei eine Synchroneinrichtung bzw. eine Schiebemuffe innerhalb
eines Getriebes und realisiert somit einen Gangwechsel innerhalb
des Getriebes. Die Ausbildung einer Schaltwelle bzw. die Anordnung
der Schaltwelle zu den Schaltschienen beeinflusst damit die Art
und Weise der in einem Getriebe eines Kraftfahrzeuges zu realisierenden
Gangwechsel zwischen den Gangstufen.
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Im
Stand der Technik sind unterschiedliche Betätigungsvorrichtungen zur Realisierung
der Schaltungen eines Getriebes eines Kraftfahrzeuges bekannt. Bspw.
wird in der
DE 101
19 748 A1 eine Betätigungsvorrichtung
beschrieben, bei der ein Schaltfinger translatorisch derart innerhalb
der Ausnehmungen von Schaltschienen bewegbar ist, dass die Schaltschienen
zur Einlegung der entsprechenden Gangstufen einzeln betätigt werden
können. Hierzu
wird der Schaltfinger einerseits rotatorisch bewegt, andererseits
axial zur Betätigung
unterschiedlicher Schaltschienen verschoben. Die Ausnehmungen der
Schaltschienen sind hierbei definiert, bzw. auf bestimmte Art und
Weise begrenzt, so dass eine axiale Verschiebung des Schaltfingers,
um die Betätigung
einer anderen Schaltschiene zu gewährleisten, auch entsprechend
sichergestellt ist.
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So
ist aus der
DE 44 41
967 A1 eine Betätigungsvorrichtung
bekannt, die einen Schaltring aufweist. Mit Hilfe einer Kulissenführung, die
im Schaltring angeordnet ist, werden die entsprechenden vorgesehenen
Betätigungselemente
bewegt bzw. geschaltet.
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In
der
DE 198 09 413
A1 wird eine Betätigungsvorrichtung
beschrieben, bei der für
ein Schaltgetriebe eine Schaltwelle vorgesehen ist, auf der eine „Schaltnocke" angeordnet ist.
Diese Schaltwelle ist translatorisch bewegbar, d. h. einerseits
rotatorisch, andererseits axial verschiebbar, damit die entsprechenden
Konturen des Schaltnockens die entsprechenden Schaltschienen kontaktieren
können.
Auch diese Schaltwelle wird axial verschoben, um die unterschiedlichen
Schaltschienen zu kontaktieren.
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Schließlich ist
aus der
DE 199 111
274 A1 eine Betätigungsvorrichtung
bekannt, die als Schaltwelle im wesentlichen eine „Schaltwalze" aufweist. Innerhalb
der Schaltwalze ist eine Schaltbahn eingearbeitet bzw. eingeformt.
Durch rotatorische Bewegung der Schaltwalze wird ein in die Schaltbahn
eingreifendes Betätigungselement
entsprechend axial bewegt.
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Die
im Stand der Technik bekannten Betätigungsvorrichtungen zur Realisierung
der Schaltungen eines Getriebes sind noch nicht optimal ausgebildet.
Einerseits kann es auf Grund der translatorischen Bewegungen der
Schaltwellen zu Schaltverzögerungen
kommen, da die entsprechende Schaltwelle für einen Gangwechsel axial verschoben
werden muss, andererseits ist eine flexible Anordnung bzw. Ausbildung
der Schaltschienen nicht möglich,
da diese so angeordnet werden müssen,
dass eine translatorische Bewegung der Schaltwelle in jedem Fall
ermöglicht
ist. Schließlich
ist unter Umständen
die Anordnung von bestimmten Aktuatoren, die einerseits eine rotatorische,
andererseits eine axiale Verschiebung der Schaltwelle gewährleisten
konstruktiv aufwendig und führt
damit zu hohen Kosten sowie einem hohen Wartungsaufwand. Im Ergebnis
sind die im Stand der Technik bekannten Betätigungsvorrichtungen daher
noch nicht optimal ausgebildet.
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Der
Lehre der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die eingangs
genannte Betätigungsvorrichtung
derart auszugestalten und weiterzubilden, dass insbesondere die
Schaltzeiten sowie der konstruktive Aufwand verringert sind, wobei
die damit verbundenen Kosten ebenfalls minimiert sind.
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Die
zuvor gezeigte Aufgabe ist nun dadurch gelöst, dass mehrere Schaltschienen
vorgesehen sind und dass die Schaltwelle für jede Schaltschiene jeweils
eine definierte Schaltkontur aufweist. Das Grundprinzip der Erfindung
geht dahin, dass einer Schaltwelle bestimmte Schaltschienen zugeordnet sind
und für
jede dieser Schaltwelle zugeordneten Schaltschiene die Schaltwelle
jeweils eine definierte Schaltkontur aufweist. Anders ausgedrückt, jeder Schaltschiene,
die durch diese Schaltwelle betätigt werden
soll, ist eine definierte Schaltkontur auf der Schaltwelle zugeordnet.
Hierdurch entfällt
die Notwendigkeit, dass die Schaltwelle axial verschoben werden
muss, damit ein Gangwechsel realisiert werden kann, was im folgenden
noch ausführlich
erläutert
werden wird. Dies bedeutet, dass Schaltzeiten verkürzbar sind,
da grundsätzlich
die Schaltwelle vorzugsweise nur rotatorisch bewegt wird. Gleichzeitig verringert
dies den konstruktiven Aufwand zur Anordnung bzw. Verwendung bestimmter
Aktuatoren, wobei ebenfalls der Wartungsaufwand und die damit verbundenen
Kosten verringert sind. Im Ergebnis sind die eingangs beschrieben
Nachteile vermieden und entsprechende Vorteile erzielt.
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Es
gibt nun unterschiedliche Möglichkeiten, die
erfindungsgemäße Betätigungsvorrichtung
in vorteilhafter Art und Weise auszugestalten und weiterzubinden.
Hierfür
darf zunächst
auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche verwiesen
werden. Im folgenden sollen nun mehrere bevorzugte Ausführungsbeispiele
der Erfindung anhand der nachfolgenden Beschreibung und der dazugehörenden Zeichnung
näher erläutert werden.
In der Zeichnung zeigt:
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1 eine
erste Ausführungsform
der Erfindung, nämlich
eine Schaltwelle mit entsprechenden Schaltkonturen und mehreren
diesen Schaltkonturen zugeordneten Schaltschienen in schematischer
Darstellung von oben,
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2 die
Schaltwelle aus 1 im Schnitt mit der der ersten
Schaltschiene zugeordneten Schaltkontur in schematischer Darstellung
bei vollständig
eingelegter erster Gangstufe,
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3 die
Darstellung ähnlich
zu 2 bei im Getriebe eingelegter zweiter Gangstufe
in schematischer Darstellung,
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4 die
Darstellung ähnlich
zu 2 bei vollständig
eingelegter dritter Gangstufe in schematischer Darstellung,
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5 die
Darstellung ähnlich
zu 2 bzw. die Stellung der Schaltkontur in schematischer
Darstellung bei eingelegter vierter Gangstufe,
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6 die
Stellung der Schaltkontur aus 2 für die zwangsgeführte „Neutralstellung" in schematischer
Darstellung,
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7 die
Schaltwelle aus 1 in schematischer Darstellung
mit der geschalteten fünften
und sechsten Gangstufe, allerdings vollständig eingelegter fünfter Gangstufe
in schematischer Darstellung,
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8 in
schematischer Darstellung die „Umschaltbewegung" der Schaltwelle,
insbesondere die axiale Verschiebung der Schaltwelle aus ihrer ersten Position
in ihre zweite Position,
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9 in
schematischer Darstellung die Schaltwelle aus 8 nach
einer ersten rotatorischen Teildrehung,
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10 die
Schaltwelle aus 9 in schematischer Darstellung
nach der axialen Verschiebung aus ihrer zweiten Position zurück in die
erste Position,
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11a,b,c in schematischen Darstellungen die erste
Schaltkonturen und die erste Schaltschiene, in unterschiedlichen
Reaktivierungspositionen,
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12 die
Schaltwelle aus den 9 bzw. 10 nach
einer zweiten Teildrehung in ihrer ersten Position,
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13 in
schematischer Darstellung die der ersten Schaltschiene zugeordnete
Schaltkontur,
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14 in
schematischer Darstellung die der zweiten Schaltschiene zugeordnete
Schaltkontur,
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15 in
schematischer Darstellung die der dritten Schaltschiene zugeordnete
Schaltkontur,
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16 die
der vierten Schaltschiene zugeordnete Schaltkontur in schematischer
Darstellung,
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17a,b weitere Ausführungsformen für die Ausbildung
von Schaltkonturen in schematischer Darstellung, und die
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18a bis d die auf einer Schaltwelle gemäß der 17a angeordnete Schaltkontur in schematischer
Darstellung, wobei hier bestimmte Schaltgruppen verwirklicht sind.
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Die 1 bis 18 zeigen zumindest teilweise eine Betätigungsvorrichtung 1 zur
Realisierung der Schaltungen des Getriebes eines Kraftfahrzeuges, vorzugsweise
der Schaltungen eines Doppelkupplungsgetriebes. Das Getriebe bzw.
das Kraftfahrzeug sind hier nicht im einzelnen dargestellt. Dargestellt
ist zumindest eine rotatorisch bewegbare Schaltwelle 2, wobei
die Schaltwelle 2 mindestens eine definierte Schaltkontur
(3,4,5,6) zur Betätigung mindestens
einer Schaltschiene (7,8,9,10)
aufweist.
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Auch
die Aktuatoren der Betätigungsvorrichtung 1,
insbesondere der Aktuator zur rotatorischen Bewegung der Schaltwelle 2,
ist hier nicht im einzelnen dargestellt. Auch das üblicherweise
vorgesehene Getriebesteuergerät,
das auf elektrischer und/oder elektronischer Basis realisiert ist
und vorzugsweise einen Mikroprozessor aufweist, ist hier ebenfalls
nicht dargestellt. Dargestellt sind die wesentlichen Komponenten
diese allerdings in mehreren unterschiedlichen Darstellungen, insbesondere für die bevorzugten
Ausführungsformen
der Erfindung.
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Die
eingangs beschriebenen Nachteile sind nun dadurch vermieden, dass
mehrere Schaltschienen 7,8,9 und/oder 10 vorgesehen
sind und dass die Schaltwelle 2 für jede Schaltschiene 7,8,9,
und/oder 10 jeweils eine definierte Schaltkontur 3,4,5, und/oder 6 aufweist.
Im einzelnen dürfen
zu den bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung nunmehr folgende Ausführungen gemacht werden:
Die 1 zeigt
eine Schaltwelle 2 zur Realisierung der Schaltungen eines
Getriebes, hier vorzugsweise eines Doppelkupplungsgetriebes. Die
hier dargestellte Ausführungsform
der Schaltwelle 2 weist eine erste Schaltkontur 3,
eine zweite Schaltkontur 4, einer dritte Schaltkontur 5 und
eine vierte Schaltkontur 6 auf, die hier schematisch in
der Draufsicht in „Rechteckform" dargestellt ist.
Weiterhin sind vorgesehen eine erste Schaltschiene 7, eine
zweite Schaltschiene 8, eine dritte Schaltschiene 9 und
eine vierte Schaltschiene 10. Weiterhin gut erkennbar sind
einzelne Taster 11,12,13 und 14,
die vzw. jeweils zwei Tastelementen 11a/11b, 12a/12b usw.
aufweisen.
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Die
in der 1 durch die „Rechteckform" schematisch dargestellten
Schaltkonturen 3 bis 6 sind vorzugsweise durch
separate einzelne nockenartige Elemente 15a,b,c usw. realisiert,
was im folgenden noch deutlich werden wird.
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Die 1 lässt gut
erkennen, dass der ersten Schaltschiene 7 die erste und
dritte Gangstufe zugeordnet sind, der zweiten Schaltschiene 8 die zweite
und vierte Gangstufe zugeordnet sind, der dritten Schaltschiene 9 die
fünfte
und siebte Gangstufe zugeordnet sind und der vierten Schaltschiene 10 die
sechste Gangstufe und die Rückwärtsgangstufe
R zugeordnet sind. Weiterhin ist gut erkennbar, dass jede Schaltkontur 3 bis 6 durch
die Taster 11 bis 14, nämlich jeweils durch zwei separate
Tastelemente 11a/11b, 12a/12b, 13a/13b, 14a/14b abgetastet werden
bzw. diese Taster 11 bis 14 mit der jeweiligen Schaltkontur 3 bis 6 in
Eingriff stehen. Zum Antrieb der Schaltwelle 2 ist ein
nicht dargestellter Elektromotor als Aktuator vorgesehen. Denkbar
ist auch ein Hydromotor.
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Die
in der 1 dargestellten Schaltkonturen 3 bis 6 sind
durch eine Vielzahl einzelner nockenartiger Elemente 15a,b,c
usw. realisiert, die „pickelartig" ausgebildet sind
und auf der Schaltwelle 2 mit dazwischenliegenden „Lücken"/Zwischenräumen versehen
sind. Es ist auch möglich,
dass die jeweilige Schaltkontur in der Schaltwelle aus- bzw. angeformt ist.
Die Schaltkonturen 3 bis 6 zur Betätigung der Schaltschienen 7 bis 10 sind
schematisch dargestellt in den 13 bis 16.
Hierbei ist die Schaltwelle 2 schematisch im Schnitt dargestellt
und die einzelnen nockenartigen Elemente 15a,b,c usw. die
jeweils die entsprechende Schaltkontur 3 bis 6 bilden
sind gut ersichtlich.
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Die
Schaltkonturen 3 bis 6 sind nun so ausgebildet,
dass durch die konstante Rotation der Schaltwelle 2 ein
sequentielles Hoch- bzw. Herunterschalten der Gangstufen, vorzugsweise
von der ersten bis zur siebten Gangstufe des Getriebes ermöglicht ist.
Hierbei sind die Schaltkonturen 3 bis 6 so ausgebildet,
dass bei Einrücken
einer bestimmten Gangstufe das mechanische Ausrücken der anderen notwendigen
Gangstufen sichergestellt ist. Dies bedeutet, dass bei der hier
beschriebenen Ausführungsform
der Schaltwelle 2, die vorzugsweise für ein Doppelkupplungsgetriebe
vorgesehen ist, die einzelnen Gangstufen jeweils unterschiedlichen
Eingangswellen des Doppelkupplungsgetriebes zugeordnet sind. Vorzugsweise
ist die erste, dritte, fünfte
und vzw. siebte Gangstufe der ersten Eingangswelle eines Doppelkupplungsgetriebes
zugeordnet und die zweite, vierte, sechste Gangstufe sowie vzw.
die Rückwärtsgangstufe
R der zweiten Eingangswelle des Doppelkupplungsgetriebes zugeordnet.
Dies wird im folgenden noch deutlicher erläutert werden.
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Für jede Schaltkontur 3, 4, 5 und 6 sind
nun jeweils zwei Tastelemente vorgesehen. Im einzelnen sind für die erste
Schaltkontur 3 die Tastelemente 11a und 11b,
für die
zweite Schaltkontur 4 die Tastelemente 12a und 12b,
für die
dritte Schaltkontur 5 die Tastelemente 13a und 13b und
für die
vierte Schaltkontur 6 die Tastelemente 14a und 14b vorgesehen. Wie
die 1 zeigt, ist hier die erste Schaltschiene 7 vollständig eingerückt, also
die erste Gangstufe im Getriebe eingelegt. Hier in der vollständig eingerückten Stellung
der ersten Schaltschiene 7 stehen die beiden Tastelemente 11a und 11b mit
der ersten Schaltkontur 7 in direktem Kontakt. Die zweite Schaltschiene 8 und
die dritte Schaltschiene 9 befinden sich in der Neutralstellung
N. Hierbei befindet sich die dritte Schaltschiene 9 allerdings
in einer zwangsweise geführten
Neutralstellung N, da nämlich
beide Tastelemente 13a und 13b mit der dritten Schaltkontur 5 in
direktem Kontakt stehen, was deutlich zu erkennen ist. Allgemein
gilt, dass die jeweilige Schaltkontur 3 bis 6 so
ausgebildet ist, dass in der vollständig eingerückten Stellung der dieser Schaltkontur 3 bis 6 zugeordneten
Schaltschiene 7 bis 10, also bei der vollständig eingerückten Gangstufe,
die jeweiligen Taster 11 bis 14 mit der jeweiligen
Schaltkontur 3 bis 6 in direktem Kontakt stehen.
Vorzugsweise ist die entsprechende jeweilige Schaltkontur 3, 4, 5 bzw. 6 so
ausgebildet, dass in der ausgerückten – zwangsgeführten – Neutralstellung
N der dieser Schaltkontur 3, 4, 5 bzw. 6 zugeordneten
Schaltschiene 7, 8, 9 bzw. 10 die
beiden jeweiligen Tastelemente 11a/11b, 12a/12b, 13a/13b bzw. 14a/14b mit
der jeweiligen Schaltkontur 3, 4, 5 bzw. 6 in
direktem Kontakt stehen.
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Im
Folgenden sollen nun die 1 bis 7 näher erläutert werden:
Die 1 zeigt
die Anordnung der Schaltwelle 2 auf der zu jeder Schaltschiene 7 bis 10 eine
Schaltkontur 3 bis 6 angebracht ist. Hierbei können die
Schaltkonturen 3 bis 6 auch in der Schaltwelle 2 ausgeformt werden.
Jede Schaltkontur 3, 4, 5 bzw. 6 wird über entsprechende
Taster 11 bis 14, bzw. die einzelnen Tastelemente 11a, 11b, 12a, 12b usw.
abgetastet.
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2 zeigt
die Ausbildung der ersten Schaltkontur 3 an der Schaltwelle 2 zur
Betätigung
der ersten Schaltschiene 7. Die erste Schaltschiene 7 betätigt die
erste bzw. dritte Gangstufe, was durch die Ziffern „1", „3" bzw. „1/3" angedeutet ist.
Die Schaltwelle 2 ist in einer derartigen Position, dass
die erste Schaltkontur 3 durch die nockenartigen Elemente 15a,b,c
usw. gebildet wird, sodass das nockenartige Element 15a über das
Tastelement 11a die erste Schaltschiene 7 so bewegt
hat, dass die erste Gangstufe vollständig eingelegt ist. Am Beispiel
der ersten Schaltschiene 7 und der hier zu dieser ersten
Schaltschiene 7 zugehörigen
ersten Schaltkontur 3 soll nun die Funktion näher erläutert werden.
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In
der 3 ist die Schaltwelle 2 im Vergleich
zur 2 weiter nach rechts gedreht worden und steht
nunmehr in der Position, in der die zweite Gangstufe eingelegt ist.
Dies erfolgt daher durch die zweite Schaltkontur 4 bzw.
die zweite Schaltschiene 8. Der Einlegevorgang für die zweite
Gangstufe erfolgt daher durch die zweite Schaltkontur 4 und
die zweite Schaltschiene 8, die hier nicht in der 3 gezeigt
ist. Entscheidend in dieser Stellung ist für die erste Schaltkontur 3 aber,
dass keines der Tastelemente 11a bzw. 11b mit
der ersten Schaltkontur 3 in direktem Kontakt steht, sondern
nur das Tastelement 11b mit der Schaltwelle 2 in
direktem Kontakt steht. Diese Position der ersten Schaltschiene 7 wird
hier durch eine Schaltschienenrastierung gehalten. Theoretisch könnte die
erste Schaltschiene 7 aber auch in der Neutralstellung
N oder in der Position zum Einlegen der dritten Gangstufe stehen.
Dies ist zulässig, da
die Schaltkonturen 3 bis 6 hier vorzugsweise für ein Doppelkupplungsgetriebe
ausgelegt sind, bei dem je eine Gangstufe der ungeraden und eine Gangstufe
der geraden Ganggruppe gleichzeitig eingelegt sein können (unter
der Voraussetzung, dass die Gangstufen in diesen Gruppen den unterschiedlichen
Kupplungen bzw. Eingangswellen zugeordnet sind).
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4 zeigt
nun die Schaltwelle 2, wobei die Schaltwelle 2 hier
noch weiter gedreht worden ist. Die erste Schaltkontur 3 hat
die erste Schaltschiene 7 derartig bewegt, dass die dritte
Gangstufe vollständig eingelegt
und gesichert ist, da beide Tastelemente 11a und 11b mit
der ersten Schaltkontur 3 bzw. der Schaltwelle 2 in
direktem Kontakt stehen.
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5 zeigt
nun den nächsten
Schritt, d.h. eine weitere Drehung der Schaltwelle 2 nach
rechts. Hier wird nun die erste Schaltschiene 7 wieder
freigegeben, während über die
zweite Schaltkontur 4 die zweite Schaltschiene 8 so
bewegt wird, dass die vierte Gangstufe eingelegt wird (was in 5 nicht
dargestellt ist).
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Im
nächsten
Schritt, gezeigt in 6 wird nun die fünfte Gangstufe über die
zugeordnete Schaltkontur 5, was hier nicht dargestellt
ist, eingelegt, da die fünfte
Gangstufe zur gleichen Ganggruppe gehört wie die dritte Gangstufe,
muss die dritte Gangstufe nun zwangsweise ausgelegt werden, indem
die erste Schaltkontur 3 die erste Schaltschiene 7 in
die Neutralstellung N bewegt und dort durch Kontakt zu beiden Seiten
der ersten Schaltkontur 3, nämlich über die Tastelemente 11a bzw. 11b entsprechend
fixiert bzw. gesichert ist.
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Jede
Schaltkontur 3, 4, 5 bzw. 6 erfüllt also zumindest
zwei Zwecke. Einerseits legt jede Schaltkontur 3 bis 6 die
zugehörigen
Gangstufen ein, andererseits stellt jede Schaltkontur 3 bis 6 das
Auslegen aller derjenigen Gangstufen mechanisch sicher, die beim
Betätigen
einer anderen Gangstufe notwendig sind. Beispielsweise wird beim
Einlegen der fünften Gangstufe
zwangsweise ein anderer evtl. aktiver Gang der gleichen Ganggruppe,
vorzugsweise die erste oder dritte Gangstufe gezogen, also ausgerückt.
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Der
in den 2 bis 6 beschriebene Schaltvorgang
beschreibt ein sequentielles Schalten, welches einerseits zum Hoch-,
andererseits zum Runterschalten, nämlich bei entgegengesetzter Drehrichtung,
erfolgen kann. Damit aber nicht immer sequentiell durchgeschaltet
werden muss, ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Betätigungsvorrichtung 1 denkbar,
die im folgenden nunmehr anhand der 7 bis 12 beschrieben
werden soll:
Bei der Ausführungsform
gemäß den 7 bis 11 ist nämlich ein hier nicht im einzelnen
dargestellter Umschalter vorgesehen. Der Umschalter realisiert eine axiale
Verschiebung der Schaltwelle 2 zur Realisierung von Gangsprüngen, also
zum Überspringen
von vorzugsweise mehreren Gangstufen, aber von mindestens einer
Gangstufe. Der Umschalter kann beispielsweise durch eine elektrische
Spule gebildet sein, in der die Schaltwelle 2 den Tauchkern
bildet. Durch den Umschalter kann die Schaltwelle 2 zumindest
zeitweise translatorisch aus einer ersten in eine zweite Position
bewegt werden. Dies könnte
auch hydraulisch erfolgen. Dies soll im folgenden näher erläutert werden:
Die 7 zeigt
die Schaltwelle 2 in einer Ausgangslage, nämlich in
einer ersten Position, bei der die fünfte Gangstufe zwangsweise
eingelegt ist und durch die dritte Schaltkontur 5 und die
beiden Tastelemente 13a und 13b zwangsweise geführt ist
und wobei die sechste Gangstufe ebenfalls aktiv geschaltet ist,
aber nicht zwangsweise geführt
ist, was in der 7 gut zu erkennen ist. Wird
in dieser Situation, mit der fünften
oder auch der sechsten Gangstufe als Fahrgang eine Rückschaltung
beispielsweise in die erste Gangstufe gewünscht, so müssten ohne den Umschalter alle
Gangstufen bis zum Zielgang, also bis in die erste Gangstufe sequentiell
durchgeschaltet werden. Mit dem in dieser Ausführungsform nunmehr vorgesehenen
Umschalter allerdings, stellt sich der Schaltvorgang wie folgt dar:
In
der 8 ist dargestellt, nämlich durch den Pfeil links
außen,
wie der Umschalter die Schaltwelle 2 axial verschoben hat,
nämlich
von links nach recht und damit alle Schaltkonturen 3 bis 6 gleichzeitig
außer
Eingriff mit den Tastern 11 bis 14 gebracht worden
sind. Die bisher aktiven Gangstufen bleiben durch die vorgesehenen
Rastierungen weiter in ihrer jeweils eingestellten Position. Durch
die axiale Verschiebung der Schaltwelle 2 aus der ersten
Position in die zweite Position mit Hilfe des Umschalters werden
also die Schaltkonturen 3 bis 6 mit den Tastern 11 bis 14 außer Eingriff
gebracht, wobei die Schaltschienen 7 bis 10 in
ihren eingestellten Positionen verbleiben.
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In
dieser axialen Stellung, also in der zweiten Position, gezeigt in 8,
kann die Schaltwelle 2 nun, ohne dass die Schaltschienen 7 bis 10 bewegt werden,
frei gedreht werden. Dies ist in der 9 durch
einen entsprechenden Pfeil dargestellt bzw. verdeutlicht. Die Schaltwelle 2 wird
dabei nun so eingestellt, dass diese als nächstes direkt die gewünschte Schaltung,
hier bspw. also die Schaltung der ersten Gangstufe ausführen kann.
Dazu weisen die Schaltkonturen jeweils eine „Lücke" auf, die insbesondere durch entsprechend
beabstandete nockenartige Elemente 15 usw. gebildet wird
(vgl. hierzu auch 11a bis 11c.
Die Schaltschienen 7 bis 10 können dadurch beim Rückstellen
der Schaltwelle 2, wie in 10 dargestellt,
also beim Bewegen der Schaltwelle 2 in ihre erste Position
in jeder beliebigen Stellung stehen, ohne die Rückführung der Schaltwelle 2 in
ihre erste Position zu behindern. Die Schaltkonturen 3 bis 6 sind
derart ausgebildet, dass die Schaltwelle 2 in der zweiten
Position mit einer ersten Teildrehung so drehbar ist, dass die Schaltwelle 2 nach
der ersten Teildrehung dann in ihre erste Position axial zurückverschiebbar
ist, so dass die Schaltschienen 7 bis 10 in ihren
eingestellten Positionen verbleiben. Erst durch eine weitere zweite
Teildrehung der Schaltwelle 2 in ihrer axial rückgeführten ersten
Position ist dann der gewünschte
Gangsprung realisierbar, was in der 12 dargestellt
ist.
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Die 12 zeigt,
nachdem die Schaltkonturen 3 bis 6 der Schaltwelle 2 nunmehr
wieder in der Ebene der Schaltschienen 7 bis 10 stehen,
dass die neue Gangstufe eingelegt werden kann. Hierbei wird die
eingelegte fünfte
Gangstufe automatisch in die Neutralposition N bewegt und damit
ausgelegt, wobei die erste Gangstufe durch die zweite Teildrehung
der Schaltwelle 2 eingelegt wird. Durch die paarweise Anordnung
der Gangstufen zu den Schaltschienen 7 bis 10 würde bei
diesem Beispiel auch die siebte Gangstufe bei der oben beschriebenen
Schaltung herausgezogen werden, wenn diese eingelegt gewesen wäre.
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Die 11a bis 11c zeigen
beispielhaft nun die erste Schaltkontur 3 bzw. die erste
Schaltschiene 7 in schematischer Darstellung von der Seite.
Dargestellt sind verschiedene Positionen der Schaltkontur 3 kurz
nach der ersten Teildrehung der Schaltwelle 2, nämlich kurz
bevor diese in ihre erste Position zurückgeführt wird bzw. kurz vor der
zweiten Teildrehung der Schaltwelle 2, nämlich wenn
die Schaltwelle 2 den gewünschten Gangsprung realisiert.
Gut zu erkennen ist, dass Schaltkontur 3 so ausgebildet
ist, dass entsprechende „Lücken" realisiert sind,
so dass die Schaltwelle 2 aus ihrer zweiten Position in
ihre erste Position zurückverschoben
werden kann, ohne dass die Schaltschiene 7 bei dem Zurückführen der
Schaltwelle 2 bewegt wird.
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Neben
den notwendigen Sicherheitsfunktionen, wie dem Auslegen einer weiteren
Gangstufe desselben Teilgetriebes, lassen sich durch die beliebig
gestaltbaren Schaltkonturen ohne Zusatzaufwand auch weitere Funktionen
erfüllen.
So kann bspw. ab einem vzw. bestimmten Grenz-Gang, hier bspw. ab
der zweiten Gangstufe, bei jedem Gangwechsel zwangsweise die Rückwärtsgangstufe
R ausgelegt, also der Rückwärtsgang
gezogen werden. Desweiteren sind Schutzfunktionen möglich, mit
denen die Kupplung vor „Überdrehzahlen" bewahrt werden kann.
Beim Einlegen hoher Gangstufen werden dann automatisch Gangstufen
mit einem gewissen Übersetzungsabstand
gezogen. Beim Fahren in der sechsten Gangstufe kann es bspw. sinnvoll
sein, dass die erste Gangstufe zwangsweise ausgelegt wird, um die
frei mitlaufende Kupplung der ungeraden Gänge vor Überdrehzahlen und damit vor
dem Bersten zu bewahren. Beide genannten Mechanismen haben dabei
den zusätzlichen
Vorteil einer verbesserten Notfahrstrategie.
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Die 13 bis 16 zeigen
nunmehr den prinzipiellen Aufbau der jeweiligen Schaltkonturen 3 bis 6 für die jeweiligen
Schaltschienen 7 bis 10. Hierbei erkennt man zunächst, dass
die hier dargestellten Schaltkonturen 3 bis 6 durch
nockenartige Elemente 15a, 15b, 15c usw.
gebildet werden, d. h. jeweils eine Schaltkontur im wesentlichen
durch mehrere nockenartige Elemente 15a, 15b, 15c usw.
entlang des Umfanges der Schaltwelle 2 gebildet wird. Die 13 zeigt
die erste Schaltkontur 3, die 14 die
zweite Schaltkontur 4, die 15 die
dritte Schaltkontur 5 und die 16 die
vierte Schaltkontur 6. Grundsätzlich ist durch die entsprechenden „Segmente" hier die Anordnung
der nockenartigen Elemente 15a, 15b, 15c usw.
entlang des Umfanges der Schaltwelle 2 gut erkennbar. Alle
Schaltkonturen 3 bis 6 sind hier dargestellt für eine bestimmte
Position der Schaltwelle 2. Dabei erkennt man, dass zusätzlich zu
den jeweils acht nockenartigen Elementen 15a, 15b, 15c, 15d, 15e, 15f, 15g und 15h eine
Sonderposition, nämlich die „Neutralstellung
N" vorgesehen ist,
bei der alle Schaltschienen 7 bis 10 zwangsweise
in die „Neutralstellung
N" bewegt werden,
also in die Position, wo kein Gang im Getriebe, vorzugsweise im
Doppelkupplungsgetriebe eingelegt ist. Weiterhin ist von Vorteil
bei den hier gezeigten Schaltkonturen 3 bis 6, dass
die Schaltwelle 2 nur eine halbe Umdrehung für alle Schaltvorgänge zur
Verfügung
hat, da sich der jeweils gegenüberliegende
Abschnitt einer Schaltkontur 3 bis 6 entsprechend
ergibt bzw. dann entsprechend definiert ist.
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Mit
der in den 7 bis 16 dargestellten bevorzugten
Ausführungsform
kann daher die Schaltwelle 2 auch für Gangsprünge, also nicht nur für sequentielle
Schaltvorgänge
genutzt werden. Hierbei sind die Schaltkonturen 3 bis 6 so
ausgeführt, dass
die axiale Verschiebung der Schaltwelle 2 von der ersten
in die zweite Position (bzw. umgekehrt) möglich ist, ohne die Schaltschienen 7 bis 10 zu
bewegen. Dies ist bei der bevorzugten Ausführungsform durch die entsprechende
Positionierung, Anzahl und/oder Größe der nockenartigen Elemente 15a, 15b, 15c usw.
realisiert. Die Position, Anzahl und Größe der nockenartigen Elemente 15 sind
bei einem automatischen Schaltgetriebe anders als bei einem Doppelkupplungsgetriebe
und müssen
der jeweiligen Zahl der Gangstufen angepasst werden. So sind bei der
bevorzugten Ausführungsform
gemäß den 7 bis 16 Gangsprünge, also
das Überspringen
einer Gangstufe ohne das sequentielle Durchschalten von Zwischengängen möglich, was
bei den unterschiedlichsten Getriebebauformen sehr von Vorteil sein
kann.
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Bei
den Schaltkonturen 3 bis 6 der bisher beschriebenen
Ausführungsformen
sind die jeweiligen Schaltkonturen 3 bis 6 über entsprechende
nockenartige Elemente 15a, 15b, 15c usw.
gebildet. Damit auch Schaltkonturen realisiert werden können, die
einen geringeren Durchmesser haben bzw. wobei die Schaltwelle 2 einen
geringeren Durchmesser besitzt, oder Schaltkonturen realisiert werden,
die eine geringere Steigung oder geringere Betätigungsmomente für die Schaltwelle 2 aufweisen,
können
insbesondere bei Doppelkupplungsgetrieben bspw. zwei Schaltwellen
mit jeweils separaten Antrieben angeordnet werden. Alternativ kann
eine Schaltwelle auch mit zwei Schaltgruppen aufgebaut werden, die
wechselweise mit einer zentralen Welle in Eingriff stehen oder jeweils
einzeln angetrieben werden können.
Jede dieser Betätigungen
der einzelnen Schaltgruppen muss dann nur noch die Hälfte der
jeweiligen Positionen realisieren können, also bspw. anstelle einer Schaltwelle,
die sämtliche
Positionen für
die erste bis siebte Gangstufe und auch die Neutralstellung N realisiert,
wäre für eine Schaltgruppe
bspw. nur die Realisierung der ersten, dritten, fünften und
siebten Gangstufe sowie die Neutralstellung N notwendig. Durch eine
entsprechend geänderte
Anordnung der Gangstufen zu den Schaltschienen lässt sich dann noch eine weitere
Reduktion der erforderlichen Schaltkonturen erzielen, so dass dann
Schaltgruppen entstehen, die das in den 18a bis 18d dargestellte Aussehen haben könnten.
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So
zeigt die 17a ein schaltkonturförmiges Element 15 mit
zwei Neutralabschnitten NA und zwei Bereichen zur Realisierung des
Gangeinlegens, nämlich
einen hervorragenden Bereich GG und einen ausgenommenen Bereich
GEL. 17b zeigt ein weiteres schaltkonturförmiges Element 15.
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Mit
dem in 17a dargestellten Element soll
nun ein entsprechender Schaltablauf bzw. eine entsprechende Anordnung
anhand der 18a bis 18d beispielhaft
erläutert
werden. Hierbei sind die Schaltschienen betätigenden „Schaltkonturen" in zwei Schaltgruppen
aufgeteilt, wobei bei dem hier in den 18a bis 18d gezeigten Ausführungsbeispiel jede Schaltgruppe
auf einer Schaltwelle angeordnet ist, aber auch – in einem hier nicht dargestellten
Ausführungsbeispiel – beide
Schaltgruppen auf einer gemeinsamen Schaltwelle angeordnet sein können.
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Entscheidend
ist zunächst
für die 17 bis 18,
dass hier jeweils die Schaltkontur aus einem einzigen nockenartigen
Element 15, also aus einem einzigen Konturverlauf gebildet
ist, während
bei den bereits oben geschilderten Ausführungsbeispielen eine Schaltkontur
aus mehreren einzelnen nockenartigen bzw. pickelartigen Elementen
gebildet wird.
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In
der 18a ist die erste Schaltgruppe dargestellt.
Hierbei wird durch die erste Schaltschiene 7a die erste
und fünfte
Gangstufe und durch die zweite Schaltschiene 8a die dritte
und siebte Gangstufe betätigt.
Die hier dargestellten Elemente 15 stehen über entsprechende
Taster 11 bzw. 12 mit den Schaltschienen 7a und 8a in
Kontakt. 18a zeigt hier die erste Schaltgruppe.
Der Bewegungsablauf dieser ersten Schaltgruppe soll nun erläutert werden:
Es
ist in der 18a zu sehen, dass bei der gezeigten
parallelen Anordnung der Schaltschienen 7a und 8a durch
die Drehung der Schaltgruppe bspw. die zweite Schaltschiene 8a betätigt wird
während
die erste Schaltschiene 7a in die Mittelstellung bewegt wird.
Dies ist gut zu erkennen im Vergleich der 18a und 18b. In der 18b ist
dann die dritte Gangstufe eingelegt. Während in der 18a die erste Gangstufe eingelegt war. Bei weiterer
Drehung, gezeigt in 18c wird dann die dritte Gangstufe
ausgelegt und die dieser Gangstufe zugeordnete zweite Schaltschiene 8a in
die Neutralstellung N bewegt, wohingegen die erste Schaltschiene 7a derart
betätigt
wird, dass die fünfte
Gangstufe eingelegt wird. Schließlich wird bei einer weiteren
Drehung, dargestellt in der 18d die
fünfte
Gangstufe herausgenommen und die siebte Gangstufe eingelegt. Alle
Gangwechsel dieser Schaltgruppe erfolgen dabei so selbstverständlich,
dass eventuell aktive Gangstufen der gleichen Schaltgruppe automatisch ausgelegt
werden. Mit einer entsprechend hier nicht dargestellten zweiten
Schaltgruppe, die die übrigen hier
nicht dargestelltem Gangstufen des Getriebes dann betätigt, sind
dann entsprechende Gangwechsel im Getriebe realisierbar.
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Insbesondere
mit den nockenartigen Elementen 15 gemäß der 17a und 17b ist eine Kurvenkontur realisiert, die so dimensioniert
werden kann, dass sich bei einem nahezu konstanten Drehantrieb der
Schaltwelle 2 eine Bewegung der Schaltschienen einstellt,
die den gewünschten
Schaltablauf, nämlich
bspw. einer geringen Schaltschienengeschwindigkeit in der Synchronisation
sehr nahe kommt. Auf diese Art kann die Regelung des Antriebes der
Schaltwelle 2 deutlich vereinfacht werden, bzw. dem Antrieb
muss keine hohe Dynamik abverlangt werden, um die entsprechenden
Beschleunigungs- und
Bremsvorgänge
der Schaltwelle 2 zu realisieren. Auch eine entsprechend
möglicherweise
gewünschte Überschneidung
von Schaltungen zweier Gangstufen kann durch die entsprechenden
Gestaltung der Konturverläufe
realisiert werden. Neben dem Schaltzeitvorteil stellt sich hierdurch
auch eine Vergrößerung des
nockenartigen Bereiches dar, da die Bewegung der kommenden Gangstufe
schon vor der Neutralstellung der auszulegenden Gangstufe einsetzen
kann. Die Folge ist ein besseres Abrollen oder Gleiten der Taster
auf der Kontur und eine weitere Gestaltungsfreiheit für die Übertragungsfunktion.
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Bevorzugt
werden zwei Schaltgruppen realisiert, die kollektiv in drei verschiedene
Stellungen bewegt werden können.
In der ersten Stellung ist die erste Schaltgruppe im Eingriff mit
ihren Schaltschienen, in der Mittelstellung sind beide Schaltgruppen außer Eingriff
mit ihren Schaltschienen und in der dritten Stellung ist dann nur
die zweite Schaltgruppe aktiviert und im Eingriff mit ihren Schaltschienen.
Vorzugsweise wird bei derartigen Umschaltvorgängen ein Aktuator verwendet,
bei dem diese Stellungen schnell und wiederholgenau eingestellt
werden können.
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Die
hier dargestellten Schaltkonturen bzw. Schaltwellen werden vorzugsweise
bei einem Doppelkupplungsgetriebe realisiert. Aber auch die Anwendung
bei anderen Getriebeformen ist denkbar. Im Ergebnis sind entscheidende
Vorteile erzielt.
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- 1
- Betätigungsvorrichtung
- 2
- Schaltwelle
- 3
- erste
Schaltkontur
- 4
- zweite
Schaltkontur
- 5
- dritte
Schaltkontur
- 6
- vierte
Schaltkontur
- 7,7a
- erste
Schaltschiene
- 8,8a
- zweite
Schaltschiene
- 9
- dritte
Schaltschiene
- 10
- vierte
Schaltschiene
- 11,11a,11b
- erster
Taster bzw. erste Tastelemente
- 12,12a,12b
- zweiter
Taster bzw. zweite Tastelemente
- 13,13a,13b
- dritter
Taster bzw. dritte Tastelemente
- 14,14a,14b
- vierter
Taster bzw. vierte Tastelemente
- 15a,b,c
- nockenartige
Elemente
- N
- Neutralstellung
- R
- Rückwärtsgangstufe
- NA
- Neutralabschnitt
- GG
- herausragender
Bereich
- GEL
- ausgenommener
Bereich