DE19537640A1

DE19537640A1 - Schalteinrichtung mit Endlagendämpfung

Info

Publication number: DE19537640A1
Application number: DE1995137640
Authority: DE
Inventors: Joachim Foth; Rudolf Hoerburger
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1995-10-10
Filing date: 1995-10-10
Publication date: 1997-04-17

Description

Die Erfindung betrifft eine Schalteinrichtung für Schaltgetriebe von Kraftfahrzeugen, mit einem Schaltzylin der und einem in dem Schaltzylinder angeordneten, ver schiebbaren Schaltkolben mit einer Kolbenstange, die mit einer mechanischen Schalteinrichtung verbunden ist, und wobei eine Endlagendämpfung des Schaltkolbens vorgesehen ist.

Bei den bekannten Vor- und Nachschaltgruppen von Ge trieben, insbesondere bei Nutzkraftwagen, kommt es infolge des Auftreffens des Schaltkolbens nach einer Synchronisie rung des Getriebes auf eine Anschlagfläche im Schaltzylin der zu hohen Anschlaggeräuschen und zu hohen Beschleunigun gen von Getriebebauteilen, wie beispielsweise Schaltgabel oder Schaltmuffe, die zu Folgeschäden an diesen Bauteilen und elektronischen Peripherieteilen führen können.

Um die großen dynamischen Anschlagkräfte des mit hohem Druck beaufschlagten Schaltkolbens nach einem Entsperrpunkt am Ende einer Synchronisierungsphase des Getriebes abzumil dern, ist es aus der Praxis bekannt, den Anschlag innerhalb des Schaltzylinders durch federnde Einbauten bzw. Puffer zu dämpfen.

Diese Einrichtungen wirken aber einer definierten End lage des Schaltkolbens entgegen und sind vor allem aufgrund von Rückfederungen des Schaltkolbens nach dem Auftreffen auf derartige Puffer nicht geeignet.

Es ist aus der Praxis auch bekannt, ein pneumatisches oder hyraulisches Arbeitsmedium zu benützen, um den Schalt kolben in seiner Endlage zu dämpfen. Dazu wird ein in der Regel entlüfteter bzw. entspannter Arbeitsraum im Schalt kolben zwischen der Endanschlagfläche des Schaltkolbens und dem Schaltkolben selbst ab einer gewissen Schaltstellung nicht mehr entlüftet bzw. entspannt, indem eine Drossel oder ein einstellbares Ventil die Abführung des Druckmit tels verhindert.

Diese bekannten Lösungen erfordern im allgemeinen einen hohen Fertigungsaufwand und sind sehr teuer. Zudem haftet den eingesetzten hydraulischen Endlagendämpfungen der Nachteil an, eine meist unzureichende Lebensdauer zu haben, während bei Verwendung von pneumatischen Arbeitsme dien in vielen Fällen eine Überbeanspruchung der in der Regel verwendeten Elastomerdichtungen auftritt.

Eine Reduzierung der Anschlagskraft durch Verringerung der bewegten Masse würde eine kleinere Dimensionierung des Schaltkolbens bedingen, was jedoch eine nicht hinnehmbare Verlängerung der Schaltzeiten zur Folge hätte.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Schaltein richtung für Schaltgetriebe von Kraftfahrzeugen mit einer Endlagendämpfung zu schaffen, mit der auf konstruktiv ein fache und kostengünstige Art und Weise eine effektive End lagendämpfung des Schaltkolbens im Schaltzylinder bei kur zen Schaltzeiten erreicht wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kenn zeichnenden Teil von Anspruch 1 und Anspruch 5 genannten Merkmale gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Schalteinrichtung wird der Anschlag des Schaltkolbens in seiner Endlage im Schaltzy linder erheblich gedämpft, wodurch die Schalteräusche vor teilhafterweise drastisch reduziert werden und die bei der Schaltung beschleunigten Schaltelemente wie beispielsweise Schaltgabel, Schaltschwinge und Schiebemuffe geschont wer den.

Des weiteren ergibt sich bei der erfindungsgemäßen Schalteinrichtung der Vorteil, daß die Endlagendämpfung so ausgelegt ist, daß der Schaltkolben beim Auftreffen auf seine Endanschlagfläche nicht zurückfedert.

Mit der Schalteinrichtung gemäß der Erfindung wird trotz der Endlagendämpfung des Schaltkolbens eine sehr kurze Schaltzeit erreicht, wie sie bei Bereichsgruppenge trieben erwünscht ist.

Durch ihre einfache konstruktive Art ist die Schalt einrichtung sehr robust, was insbesondere bei einem Einsatz in Nutzkraftwagen von Vorteil ist, und zeichnet sich ferner neben niedrigen Herstellungskosten durch eine hohe Lebens dauer aus.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus dem nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispiel.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer Schalteinrich tung im Längsschnitt, bei der der Schaltkol ben durch das Auftreffen auf einen separaten Dämpfungskolben in seiner Endlage gebremst wird und

Fig. 2 eine Prinzipdarstellung einer Schalteinrich tung im Längsschnitt, bei der der Schaltkol ben von dem mit diesem gleitend verbundenen Dämpfungskolben in seiner Endlage gedämpft wird.

Bezug nehmend auf Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer Schalteinrichtung dargestellt, welche zur Endlagen dämpfung eines in einem Schaltzylinder 1 angeordneten Schaltkolbens 2, der mit einer Kolbenstange 3 ausgebildet ist, einen Dämpfungskolben 4 aufweist. Der Dämpfungskol ben 4 ist ebenfalls mit einer Dämpfungskolbenstange 5 aus gebildet, welche mittels einer Gleitbuchse 6 in einer Aus sparung 7 in dem Schaltkolben 2 bzw. in der Schaltkolben stange 3 axial gleitend gelagert ist. Über Mitnahmeeinrich tungen 8A und 8B, die als Anschlagringe ausgebildet sind, ist die axiale Verschiebbarkeit des Dämpfungskolbens 4 bzw. der Dämpfungskolbenstange 5 begrenzt, und der Dämpfungskol ben 4 wird vom Schaltkolben 2 mitbewegt, sobald ein in der Aussparung 7 des Schaltkolbens 2 angeordneter Anschlag ring 9 auf einen der Anschlagringe 8A bzw. 8B auf der Dämp fungskolbenstange 5 auftrifft. Der Dämpfungskolben 4 bewegt sich dabei in einer abgeschlossenen, mit einem Druckmittel befüllten Arbeitskammer 10, welche gegenüber der Arbeits kammer 11 des Schaltkolbens 2 getrennt und abgedichtet ist.

Bei der Darstellung in Fig. 1 zeigt die obere Symme triehälfte die Schalteinrichtung in einer Schaltposition I, während die untere Symmetriehälfte eine Schaltposition II darstellt.

Wird bei einem Schaltablauf von der Schaltposition I zur Schaltposition II der Schaltkolben 2 über eine mit einer nicht näher dargestellten, externen Druckluftquelle verbundene Druckleitung 12 mit Druck beaufschlagt, ver schiebt sich der Schaltkolben 2 von seiner Anlage an einer Anschlagfläche 13 in der Arbeitskammer 11 gegen eine gegen überliegende Anschlagfläche 14, wobei die Arbeitskammer 11 auf der der Kolbenstange 3 abgewandten Seite des Schaltkol bens 2 über eine Druckleitung 15 entlüftet wird.

Kurz vor Erreichen des Anschlagringes 8B bleibt der Schaltkolben 2 infolge einer Synchronisierung des Getriebes für kurze Zeit stehen, wobei der Schaltkolben 2 vom Getrie be in einer Sperrstellung gehalten ist, jedoch weiter über die Druckleitung 12 mit Druck beaufschlagt wird, wodurch sich eine hohe Vorspannung des Schaltkolbens 2 aufbaut.

Am Ende der Synchronisierung des Getriebes wird der Schaltkolben 2 entsperrt, wonach dieser mit einer hohen dynamischen Kraft seine Bewegung in Richtung der Anschlag fläche 14 in der Arbeitskammer 11 fortsetzen kann, welche einem Durchschalteweg vom Einspurpunkt bis zum Einrasten des Ganges bei einem Schaltvorgang entspricht. Dabei schlägt der Schaltkolben 2 unmittelbar nach dem Entsperr punkt auf den Anschlagring 8B auf der Dämpfungskolbenstan ge 5 auf, wodurch der Schaltkolben 2 den Dämpfungskolben 4 in seiner Arbeitskammer 10 von einer Anschlagfläche 16 ent gegen einer Anschlagfläche 17 mitbewegt.

Dadurch, daß die Arbeitskammer 10 des Dämpfungskol bens 4 mit einem Druckmittel befüllt ist, welches z. B. eine auf Lebensdauer eingefüllte Hydraulikflüssigkeit sein kann, muß der Dämpfungskolben 4 bei dieser nun mit der des Schaltkolbens 2 synchronen Bewegung das Volumen des Druck mittels in der Arbeitskammer 10 auf der der Anschlag fläche 17 zugewandten Seite der Arbeitskammer 10 verdrän gen. Dabei tritt das Druckmittel durch eine Drosselboh rung 18 im Dämpfungskolben 4 hindurch und ermöglicht den Druckausgleich in der Arbeitskammer 10 des Dämpfungskol bens 4, wodurch ein Rückfedern des Dämpfungskolbens 4 ver mieden wird. Am äußeren Rand des Dämpfungskolbens 2 wird ein Durchtritt von Druckmittel mit Hilfe eines dichtenden Führungsbandes 19 verhindert.

Bei einer nicht dargestellten Ausführungsmöglichkeit kann dieses Führungsband 19 auch als Spaltdrossel ausgebil det sein, wodurch auf die Drosselbohrung 18 verzichtet wer den kann.

Das Austreten des Druckmittels aus der Arbeitskam mer 10 des Dämpfungskolbens 4 wird durch Dichtringe 20 ver hindert.

Die Geschwindigkeit, die der Dämpfungskolben 4 bei seiner Bewegung von der Anschlagfläche 16 zur Anschlagflä che 17 in der Arbeitskammer 10 erreichen kann, ist entspre chend dem Durchmesser der Drosselbohrung 18 im Dämpfungs kolben 4 gering. Da der Schaltkolben 2, welcher nach dem Entsperrpunkt mit hoher Druckkraft beaufschlagt ist, auf dem letzten Wegstück zwischen dem Anschlag an dem Anschlag ring 8B bis zu seiner Endlage an der Anschlagfläche 14 den über das Druckmittel in der Arbeitskammer 10 gebremsten Dämpfungskolben 4 mitbewegen muß, wird der Anschlag des Schaltkolbens 2 an der Anschlagfläche 14 infolge der Ge schwindigkeitsreduzierung erheblich gedämpft.

In seiner Endlage, welche der Schaltposition II ent spricht, liegt der Schaltkolben 2 an der Anschlagfläche 14 der Arbeitskammer 11 und der Dämpfungskolben 4 an der An schlagfläche 17 in der Arbeitskammer 10 an.

Für den nächsten Schaltablauf wird nun der Schaltkol ben 2 über die Druckleitung 15 mit Druck aus der nicht dar gestellten externen Druckquelle beaufschlagt, während die Seite der Arbeitskammer 11, die zur Anschlagfläche 13 hin liegt, durch die Druckleitung 12 entlüftet wird. Dadurch bewegt sich der Schaltkolben 2 nun in umgekehrter Richtung auf die Anschlagfläche 13 zu, und schlägt nach der Synchro nisierungsphase des Getriebes auf den Anschlagring 8A auf, womit der Schaltkolben 2 auf dem Weg zu seiner Endlage an der Anschlagfläche 13 nun den Dämpfungskolben 4 von dessen Anschlagfläche 17 in der Arbeitskammer 11 zur Anschlagflä che 16 mitnehmen muß.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 sind zur Endlagendämpfung des Schaltkolbens 2 (in Fig. 2 oben in einer Schaltposition III und in Fig. 2 unten in einer Schaltposition IV dargestellt), der sich in der Ar beitskammer 11 bewegt, zwei Dämpfungskolben 4A und 4B an jeder Anschlagsfläche 13 und 14 des Schaltkolbens 2 im Schaltzylinder 1 angeordnet. Die Dämpfungskolben 4A und 4B weisen jeweils eine eigene Arbeitskammer 10A bzw. 10B auf. Dabei verhindern Dichtringe 21, die vorzugsweise aus einem Elastomermaterial ausgestaltet sind, am Außenrand der Dämp fungskolben 4A und 4B den Durchtritt von Druckmittel von den Arbeitskammern 10A und 10B in die Arbeitskammer 11 des Schaltkolbens 2 und umgekehrt.

In der Endlage des Schaltkolbens 2 an der Anschlagflä che 13 befindet sich der Dämpfungskolben 4A an einer An schlagfläche 17A. Wird nun der Schaltkolben 2 mit Druck über die Druckleitung 12 beaufschlagt, so verschiebt sich dieser axial in seiner Arbeitskammer 11 und trifft nach der Synchronisierungsphase des Getriebes mit hoher Vorspan nungskraft auf den Dämpfungskolben 4B auf, was der in der unteren Hälfte der Fig. 2 dargestellten Schaltposition IV entspricht. Um in seine Endlage an eine Anschlagfläche 17B gelangen zu können, muß der Schaltkolben 2 den Dämpfungs kolben 4B von einer Anschlagfläche 16B zur Anschlag fläche 17B verschieben. Dabei muß der Dämpfungskolben 4B, der zunächst mit einem wie auch an dem Dämpfungskolben 4A ausgebildeten Absatz 24 mittels Druck aus der Drucklei tung 15 an die Anschlagfläche 16B gepreßt ist, das in der Arbeitskammer 10B befindliche Druckmittel verdrängen.

Das verdrängte Druckmittel wird über eine Drossel 22 aus der Arbeitskammer 10B über Druckleitungen 23 abgeführt und teilweise in die Arbeitskammer 10A des anderen Dämp fungskolbens 4A eingeleitet, um diesen wieder für den näch sten Schaltvorgang von seiner Anschlagfläche 17A an die Anschlagfläche 16A zu bewegen und mit Druckmittel für das Auftreffen des Schaltkolbens 2 vorzuspannen. Gleichzeitig wird durch die Abführung des Druckmittels ein Zurückfedern des Dämpfungskolbens ausgeschlossen.

Nach Erreichen der Endlage des Schaltkolbens 2 an der Anschlagfläche 14 und des Dämpfungskolbens 4B an der An schlagfläche 17B erfolgt der Schaltungsablauf in umgekehr ter Richtung, wobei der Schaltkolben 2 in der in Fig. 2 dargestellten Schaltposition III unmittelbar nach der Syn chronisierungsphase des Getriebes wieder auf den Dämpfungs kolben 4A trifft, der den Schaltkolben 2 vor Erreichen der Endlage an der Anschlagfläche 13 abbremst.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 können sowohl pneumatische als auch hydraulische Druckmittel eingesetzt werden, wobei die Arbeitskammer 10 des Dämpfungskolbens 4 mit Hydraulikflüssigkeit befüllt sein kann, während der Schaltkolben 2 pneumatisch bewegt wird. Das Ausführungsbei spiel nach Fig. 2 eignet sich insbesondere für pneumatische Systeme.

Bezugszeichenliste

1 Schaltzylinder
2 Schaltkolben
3 Schaltkolbenstange
4 Dämpfungskolben
4A Dämpfungskolben
4B Dämpfungskolben
5 Dämpfungskolbenstange
6 Gleitbuchse
7 Aussparung
8A Anschlagring
8B Anschlagring
9 Anschlagring
10 Arbeitskammer des Dämpfungskolbens
10A Arbeitskammer des Dämpfungskolbens
10B Arbeitskammer des Dämpfungskolbens
11 Arbeitskammer des Schaltkolbens
12 Druckleitung
13 Anschlagfläche des Schaltkolbens
14 Anschlagfläche des Schaltkolbens
15 Druckleitung
16 Anschlagfläche des Dämpfungskolbens
16A Anschlagfläche des Dämpfungskolbens
16B Anschlagfläche des Dämpfungskolbens
17 Anschlagfläche des Dämpfungskolbens
17A Anschlagfläche des Dämpfungskolbens
17B Anschlagfläche des Dämpfungskolbens
18 Drosselbohrung
19 Führungsband
20 Dichtring
21 Dichtring
22 Drossel
23 Druckleitung
24 Absatz
I Schaltposition I II Schaltposition II
III Schaltposition III
IV Schaltposition IV

Claims

1. Schalteinrichtung für Schaltgetriebe von Kraftfahr zeugen, mit einem Schaltzylinder und einem in dem Schalt zylinder angeordneten, in einer Arbeitskammer verschiebba ren Schaltkolben mit einer Kolbenstange, die mit einer me chanischen Schalteinrichtung verbunden ist, und wobei eine Endlagendämpfung des Schaltkolbens vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Endlagendämpfung ein von dem Schaltkolben (2) betätigbarer Dämpfungskol ben (4) mit einer Kolbenstange (5) vorgesehen ist, wobei die Kolbenstange (5) des Dämpfungskolbens (4) über eine Gleitverbindung mit dem Schaltkolben (2) bzw. der Schalt kolbenstange (3) verbunden ist und zu diesem axial auf einer durch Mitnahmeeinrichtungen (8A, 8B) bestimmten Länge verschiebbar ist, und wobei für den Dämpfungskolben (4) eine abgeschlossene, mit einem Druckmittel befüllte Ar beitskammer (10) vorgesehen ist, in welcher sich der Däm pfungskolben (4) bei Auftreffen des Schaltkolbens (2) auf den Mitnahmeeinrichtungen (8A, 8B) axial in Bewegungsrich tung des Schaltkolbens (2) verschiebt, wobei in der Ar beitskammer (10) ein gedrosselter Druckausgleich vorgesehen ist.

2. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß zum Druckausgleich in der Arbeitskammer (10) des Dämpfungskolbens (4) eine Drossel bohrung (18) im Dämpfungskolben (4) ausgebildet ist.

3. Schalteinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltkolben (2) und der Dämpfungskolben (4) mit einer pneumatischen oder hydraulischen Hilfskraft beaufschlagbar sind.

4. Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitver bindung zwischen der Kolbenstange (5) des Dämpfungskol bens (4) und dem Schaltkolben (2) mit wenigstens einer Gleitbuchse (6) ausgebildet ist und die Mitnahmeeinrichtun gen als Anschlagringe (8A, 8B) ausgebildet sind.

5. Schalteinrichtung für Schaltgetriebe von Kraftfahr zeugen, mit einem Schaltzylinder und einem in dem Schalt zylinder angeordneten, in einer Arbeitskammer verschiebba ren Schaltkolben mit einer Kolbenstange, die mit einer me chanischen Schalteinrichtung verbunden ist, und wobei eine Endlagendämpfung des Schaltkolbens vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Endlagendämpfung zwei jeweils im Bereich des Endanschlages des Schaltkol bens (2) angeordnete und von diesem betätigbare Dämpfungs kolben (4A, 4B) vorgesehen sind, wobei die Dämpfungskol ben (4A, 4B) jeweils in einer von der Arbeitskammer (11) des Schaltkolbens (2) separaten, mit einer eine Druckluft leitung (23) aufweisenden Arbeitskammer (10A bzw. 10B) ver schiebbar sind, wenn der Schaltkolben (2) auf den Dämp fungskolben (4A bzw. 4B) auftrifft.

6. Schalteinrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge kennzeichnet, daß die Arbeitskammer (11) des Schaltkolbens (2) jeweils über die Druckleitungen (23) und Drosseln (22) mit den Arbeitskammern (10A, 10B) der Dämp fungskolben (4A, 4B) verbunden ist, sowie durch Drucklei tungen (12, 15) mit einer externen Druckquelle verbunden ist.

7. Schalteinrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge kennzeichnet, daß der Dämpfungskolben (4A, 4B) in seiner axialen Verschiebbarkeit in eine Richtung durch die als Anschlagfläche ausgebildete Stirnseite (17A, 17B) der Arbeitskammer (10A, 10B) und in die entgegen gesetzte Richtung durch das Zusammenwirken eines am Dämp fungskolben (4A, 4B) ausgebildeten Absatzes (24) mit einer Anschlagfläche (16A, 16B) am Schaltzylindergehäuse (1) be schränkt ist.

8. Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalt kolben (2) und der Dämpfungskolben (4A, 4B) durch eine pneumatische Hilfskraft beaufschlagbar sind.

9. Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Dämp fungskolben (4, 4A, 4B) durch den Schaltkolben (2) bewegbar ist, wenn sich der Schaltkolben zwischen einem Entsperr punkt am Ende eines Synchronisiervorganges und der Endlage an der Anschlagfläche (17, 17A, 17B) befindet.

10. Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeits raum (11) des Schaltkolbens (2) und die Arbeitskammer (10, 10A, 10B) des Dämpfungskolben (4, 4A, 4B) jeweils durch Dichtungseinrichtungen (20, 21) gegeneinander abgedichtet sind.