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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Schaltwalze gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruches 1 sowie ein Verfahren gemäß Patentanspruch 5.
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Bei Fahrzeuggetrieben müssen bei
einem Schalten von einem Gang in einen anderen Gang häufig zwei
oder mehrere Schaltmuffen im Getriebe geschaltet werden. Herkömmlicherweise
werden dabei die zu schaltenden Schaltkupplungen sequentiell nacheinander
geschaltet. Das heißt,
zunächst
wird eine Schaltkupplung von einem geschalteten Zustand in einen
Neutralzustand und weiter in einen zweiten geschalteten Zustand
geschaltet. Anschließend
wird die nächste
zu schaltende Schaltkupplung geschaltet u.s.w. Ein derart „sequentielles
Schalten" hat zwar
gegenüber
paralleler beziehungsweise gleichzeitiger Schaltung mehrerer Schaltkupplungen den
Vorteil, dass indifferente Schaltzustände vermieden werden. Nachteilig
ist jedoch die relativ lange Schaltzeit, die sich aus der Summe
der zum Schalten der einzelnen Schaltkupplungen erforderlichen Schaltzeiten
ergibt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein
Konzept für eine
Schaltwalze sowie ein Verfahren zum Schalten von Schaltkupplungen
zu schaffen, mit dem sich Getriebeschaltzeiten verkürzen lassen.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale
der Patentansprüche
1 und 5 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den
Unteransprüchen
zu entnehmen.
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Patentanspruch 1 geht von einer Schaltwalze
aus, die an ihrem Außenumfang
mindestens eine ganz allgemein gesprochen „Rotations-Translations-Wandlereinrichtung" aufweist, die zur
Umwandlung einer Drehbewegung der Schaltwalze in eine Verschiebebewegung
eines in Längsrichtung
der Schaltwalze zu schaltenden Schaltelements vorgesehen ist. Die „Rotations-Translations-Wandlereinrichtung" kann, wie dies bei
Schaltwalzen üblichennreise
der Fall ist, durch Nuten gebildet sein, die am Außenumfang
der Schaltwalze vorgesehen sind und in die ein Stift, Zapfen o.ä. einer
in Längsrichtung
der Schaltwalze zu verschiebenden Schaltmuffe eingreift.
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Hinsichtlich der Schaltwalze besteht
der Kern der Erfindung darin, das die „Rotations-Translations-Wandlereinrichtung" eine „Leiteinrichtung" zum Vorschieben
des Schaltelements und eine separate „Leiteinrichtung" zum Rückschieben
des Schaltelements beziehungsweise der Schaltmuffe aufweist, wobei
die beiden Leiteinrichtungen im Bereich ihrer Endabschnitte ineinander übergehen.
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Wenn, wie oben beschrieben, die Rotations-Translations-Wandlereinrichtung
durch Nuten am Außenumfang
der Schaltwalze gebildet sind, dann sind die Leiteinrichtungen durch
Nutabschnitte dieser Nuten gebildet. Schaltwalzen weisen üblicherweise
Nutabschnitte auf, die senkrecht zur Längsachse der Schaltwalze verlaufen
und Verbindungsabschnitte dieser „senkrechten Abschnitte", die schräg zur Längsachse
der Schaltwalze verlaufen. Die schrägen Abschnitte setzen eine
Drehbewegung der Schaltwalze in eine Verschiebebewegung eines in
die Nut eingreifenden Zapfens der Schaltmuffe um.
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Das Grundprinzip der Erfindung besteht
nun darin, zwei „senkrechte
Nutabschnitte" nicht
wie beim Stand der Technik durch nur einen schrägen Abschnitt miteinander zu
verbinden, sondern durch zwei schräge Nutabschnitte. In einer
Abwicklung der Schaltwalze gesehen, können die beiden schrägen Nutabschnitte
beispielsweise parallel zueinander verlaufen und sind dann in Umfangsrichtung
der Schaltwalze gesehen versetzt zueinander. Wie bereits erwähnt, wird
beim Schalten einer Schaltmuffe die Schaltwalze gedreht, wobei ein
Stift beziehungsweise Zapfen der Schaltmuffe in den Nuten der Schaltwalze
verschoben wird. Beim Hochschalten wird der Stift beziehungsweise
Zapfen von einem „senkrechten
Nutabschnitt" über einen
der beiden schrägen
Nutabschnitte zum anderen senkrechten Nutabschnitt bewegt, was zu
einer Verschiebung der Schaltmuffe in Längsrichtung der Schaltwalze
führt. Beim
Zurückschalten
wird der Stift beziehungsweise Zapfen im Unterschied zum Stand der
Technik nicht auf dem selben Weg zurück verschoben, sondern über den
anderen schrägen
Nutabschnitt.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung
sind an der Schaltwalze in Längsrichtung
beabstandet zwei oder mehrere solcher Rotations-Translations-Wandlereinrichtungen
vorgesehen, denen jeweils ein Schaltelement, insbesondere eine Schaltmuffe
zugeordnet ist. Im Falle zweier solcher Rotations-Translations-Wandlereinrichtungen
sind diese so angeordnet, dass ausgehend von einem Schaltzustand,
bei dem sich die erste und die zweite Schaltmuffe jeweils in einer
ersten geschalteten Stellung befinden, folgende Schritte durchlaufen
werden:
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- – Gleichzeitiges
Schalten der ersten und zweiten Schaltmuffe jeweils von ihrer ersten
geschalteten Stellung in eine Neutralstellung
- – Schalten
einer der beiden Schaltmuffen in eine zweite Schaltstellung, wobei
die andere Schaltmuffe zunächst
in der Neutralstellung bleibt und
- – Schalten
der zweiten Schaltmuffe in die zweite Schaltstelle.
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Ausgehend von einem Schaltzustand
werden bei einem Gangwechsel also zunächst die beiden Schaltmuffen
gleichzeitig ausgekuppelt. Anschließend werden die Schaltmuffen
nacheinander eingekuppelt. Im Unterschied zu herkömmlichen Schaltgetrieben,
bei denen die Schaltmuffen streng sequentiell nach einander geschaltet
werden, ergibt sich somit eine Verkürzung der Schaltzeit.
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Da die Rotation-Translations-Wandlereinrichtungen
jeweils zwei „schräge Leiteinrichtungen", nämlich eine
zum Hochschalten und eine zum Zurückschalten aufweisen, kann
auch beim Zurückschalten
des Ganges dasselbe Schaltkonzept verwirklich werden. Zunächst werden
beide Schaltmuffen gleichzeitig ausgekuppelt. Anschließend werden die
Schaltkupplungen nacheinander eingekuppelt.
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Im folgenden wird die Erfindung im
Zusammenhang mit der Zeichnung näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 das
Schaltprinzip bei streng sequentiellem Schalten gemäß dem Stand
der Technik;
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2 das
Schaltprinzip gemäß der Erfindung;
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3 eine
abgewickelte Darstellung einer Schaltwalze gemäß der Endung;
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4 eine
abgewickelte Darstellung einer Schaltwalze mit zwei Rotations-Translations-Wandlereinrichtungen
gemäß der Erfindung;
und
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5 eine
Variante des Ausführungsbeispiels
der 4.
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1 zeigt
ein Schaltdiagramm, in dem die beim Schalten eines Getriebes von
einem Getriebegang in einen anderen von zwei Schaltmuffen eingenommenen
Schaltstellungen dargestellt sind. Die eine Schaltmuffe ist zwischen
den Schaltstellungen „Gang
A", „Neutral" und „Gang B" hin- und herschaltbar,
was im oberen Diagrammteil dargestellt ist. Die andere Schaltmuffe
ist zwischen den Schaltstellungen „Gang A'", „Neutral'" und „Gang B' " hin-
und herschaltbar. Bei einem Schaltvorgang des Getriebes müssen beide
oder gegebenenfalls noch weitere Schaltmuffen geschaltet werden.
Zunächst
befinden sich beide Schaltmuffen in einem ersten Schaltzustand 1, 2.
Dann wird die eine Schaltmuffe in einen Neutralzustand 3 geschaltet.
Anschließend
wird sie weiter in einen Synchronisierzustand 4 geschaltet, wobei
zwei zu synchronisierende Zahnräder
auf gleiche Drehzahl gebracht werden. Schließlich wird die Schaltmuffe
weiter in einen Übergangszustand 5 geschaltet
und erreicht dann ihre zweite Schaltstellung 6.
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Wenn die erste Schaltmuffe die Schaltstellung 6 erreicht
hat, wird die zweite Schaltmuffe zunächst in einen Neutralzustand 7 geschaltet.
Anschließend
findet während
Synchronisierzustandes 8 eine Synchronisierung der zu schaltenden
Zahnräder statt.
Dann wird die zweite Schaltmuffe weiter in einen Übergangszustand 9 geschaltet
und erreicht schließlich
ihre zweite Schaltstellung 10. Die Schaltzeiten T1, T2 der beiden
Schaltmuffen addieren sich somit zu einer Gesamtschaltzeit T3.
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2 beschreibt
das Schaltkonzept gemäß der Erfindung
und zwar entsprechend 1 für zwei Schaltkupplungen
beziehungsweise Schaltmuffen, wobei der Schaltvorgang für die eine
im oberen Diagrammteil und der Schaltvorgang für die andere Schaltkupplung
im unteren Diagrammteil dargestellt ist. Im Zeitpunkt t0 werden
beide Schaltkupplungen von einem ersten geschalteten Zustand in
einen Neutralzustand geschaltet, was in der Zeitspanne zwischen
den Zeitpunkten t0, t1 geschieht.
Die erste Schaltmuffe wird im Zeitraum [t1,
t2] weiter geschaltet und dabei während einer
recht kurzen Zeitspanne Ts1 synchronisiert.
Im Zeitpunkt t2 erreicht die erste Schaltmuffe
ihren zweiten Schaltzustand. Gleichzeitig wird im Zeitpunkt t2 die zweite Schaltmuffe weiter geschaltet.
Im Zeitpunkt t3 erreicht die zweite Schaltmuffe
ihren zweiten Schaltzustand, wobei in der Zeitspanne zwischen den
Zeitpunkten t2 und t3 ein
Synchronisiervorgang stattfindet, der die Zeitspanne Ts2 dauert.
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Im Unterschied zu dem in 1 beschriebenen Schaltkonzept
werden die Schaltkupplungen also zunächst gleichzeitig ausgelegt
beziehungsweise gleichzeitig in einen Neutralzustand geschaltet. Anschließend werden
die beiden Schaltkupplungen nacheinander in den jeweils anderen
Schaltzustand geschaltet. Insgesamt ergibt sich dadurch im Vergleich
zum Schaltkonzept der 1 eine
deutliche Schaltzeitverkürzung.
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3 zeigt
in schematischer Darstellung eine Abwicklung der Außenkontur
einer Schaltwalze gemäß der Erfindung. Ähnlich wie
bei herkömmlichen
Schaltwalzen sind am Außenumfang
der Schaltwalze Nuten vorgesehen, in die ein Stift bzw. Zapfen einer
zu verschiebenden Schaltmuffe eingreift. Gemäß der Erfindung weist die Nutkontur
folgende Abschnitte auf:
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- – einen
Abschnitt 11, der im wesentlichen senkrecht zu einer Längsachse 12 der
Schaltwalze ist und der einem ersten Schaltzustand zugeordnet ist
- – einen
zweiten Abschnitt 13, der ebenfalls im wesentlichen senkrecht
zur Längsachse 12 der
Schaltwalze ist und der einem zweiten Schaltzustand zugeordnet ist
und
- – einen
ersten schrägen
Abschnitt 14 sowie einen zweiten schrägen Abschnitt 15.
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Die beiden schrägen Abschnitte 14, 15 verbinden
die beiden senkrechten Abschnitte 11, 13.
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Geht man vom ersten Schaltzustand
aus, bei dem sich der Stift 16 der zu schaltenden Schaltmuffe im
senkrechten Abschnitt 11 befindet und die Schaltwalze gedreht
wird, so wandert der Stift 16 zunächst im Abschnitt 11 entlang
und gleitet dann über
den schrägen
Abschnitt 14 in den Abschnitt 13. Dabei wird die
Schaltmuffe nach links verschoben. Durch Weiterdrehen der Schaltwalze
erreicht der Stift 16 dann seine andere Endposition, die
dem zweiten Schaltzustand entspricht.
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Zum Zurückschalten wird die Schaltwalze
in entgegengesetzter Richtung gedreht. Der Stift 16 gleitet
dabei zunächst
in der senkrechten Nut 13 entlang und anschließend über die
schräge
Nut 15 zurück
in die senkrechte Nut 11.
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4 zeigt
eine Abwicklung einer Schaltwalze mit zwei schematisch dargestellten
Schaltkulissen 17, 18. Die Schaltkulisse ist 17 entspricht
im wesentlichen der in 3 gezeigten
Schaltkulisse mit den beiden senkrechten Kulissenabschnitten 11, 13 und den
beiden schrägen
Kulissenabschnitten 14, 15. Die schrägen Kulissenabschnitte 14, 15 werden
im folgenden auch als Verbindungsabschnitte bezeichnet.
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Die Kulissenführung 18 weist ebenfalls
zwei senkrechte Kulissenabschnitte 11', 13' auf. Die beiden senkrechten Kulissenabschnitte 11', 13' sind über Verbindungsabschnitte 14a, 14b, 14c sowie 15a, 15b, 15c miteinander
verbunden.
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Den beiden Kulissenführungen 17, 18 ist
jeweils eine in Axialrichtung der Schaltwalze zu verschiebende Schaltmuffe
(nicht dargestellt) zugeordnet, die über einen Schaltstift 16 bzw. 16' betätigbar ist.
In einer ersten Drehstellung der Schaltwalze befinden sich die Schaltstifte 16 bzw.
16' am Ende der senkrechten
Abschnitte 11 bzw. 11'. Durch Drehen der Schaltwalze
wandern die Schaltstifte 16, 16' in den senkrechten Nutabschnitten 11, 11' entlang und anschließend in
die Verbindungsabschnitte 14 bzw. 14a. Die Schaltmuffen
werden dabei in ihre jeweilige Neutralstellung geschaltet. Durch
Weiterdrehen der Schaltwalze wird der Schaltstift 16 weiter
nach „links" verschoben, wodurch
die zugeordnete Schaltmuffe in ihren anderen Schaltzustand geschaltet
wird. Der Schaltstift 16' hingegen
wandert vom Verbindungsabschnitt 14a in den Verbindungsabschnitt 14b und wird
dabei nicht weiter verschoben. Wenn der Schaltstift 16 in
den senkrechten Abschnitt 13 eintritt, hat die zugeordnete
Schaltmuffe ihren anderen Schaltzustand erreicht. Gleichzeitig erreicht
der Schaltstift 16' den
Verbindungsabschnitt 14c, was zur Folge hat, dass nun auch
die andere Schaltmuffe weiter in ihren anderen Schaltzustand geschaltet
wird, bis der Schaltstift 16' den
senkrechten Nutabschnitt 13' erreicht.
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Beim Zurückschalten aus einem Schaltzustand,
bei dem sich die Schaltstifte 16, 16' am Ende der
senkrechten Nutabschnitte 13, 13' befinden, wandern die Schaltstifte 16, 16' zunächst in
den senkrechten Nutabschnitten 13, 13' entlang. Bei
Erreichen der Verbindungsabschnitte 15 bzw. 15a werden
die Schaltmuffen ausgekuppelt und erreichen jeweils ihren Neutralzustand.
Durch Weiterdrehen der Schaltwalze wird der Schaltstift 16 weiter
in der Verbindungsnut 15 verschoben, bis die Schaltmuffe
ihren Ausgangsschaltzustand erreicht und der Schaltstift 16 in
den senkrechten Nutabschnitt 11 eintritt. Der Schaltstift 16' hingegen wandert
dabei zunächst im
Verbindungs abschnitt 15b entlang, was zunächst keine
weitere Verschiebung der Schaltwalze zur Folge hat. Erst wenn der
Schaltstift 16 in den senkrechten Nutabschnitt 11 eintritt,
wird der Schaltstift 16' weiter
entlang nach „rechts" im Verbindungsabschnitt 15c verschoben,
was ein Zurückschalten
der Schaltmuffe in den Ausgangszustand zur Folge hat.
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5 zeigt
eine Variante des Ausführungsbeispiels
der 4 wobei hier die
beiden Schaltkulissen 17, 18 jeweils einen „einfachen" schrägen Kulissenabschnitt 14, 15 aufweisen
und jeweils einen durch „kurze" Kulissenabschnitte 14a, 14b, 14c bzw. 15a, 15b, 15c zusammengesetzten
Kulissenabschnitt.