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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Schalteinrichtung für die Schaltungsbetätigung von Mehrstufenschaltgetrieben
für Kraftfahrzeuge
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Schalteinrichtungen
für Mehrstufenschaltgetriebe
sind vielfältig
bekannt. Bei den herkömmlichen mehrstufigen
Kraftfahrzeuggetrieben sind üblicherweise
einem Schaltpaket jeweils zwei aufeinanderfolgende Gänge zugeordnet.
Durch ein erstes Schaltpaket, bestehend aus Schaltmuffe, mit oder
ohne Synchronisierung, Schaltschwinge oder Schaltklaue usw., werden
beispielsweise der erste und der zweite Gang ein- bzw. ausgerückt, während ein
zweites Schaltpaket beispielsweise den dritten und vierten Gang
und eventuell ein drittes Schaltpaket weitere zwei Gänge schaltet.
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Wird
bei einem solchen bekannten Getriebe der nächsthöhere oder – niedrigere Gang geschaltet, findet
während
des Schaltvorgangs zumindest bei den niedrigen Gängen eine Zugkraftunterbrechnung statt,
da über
die Synchronisiereinrichtung des nächsten Ganges, beispielsweise
beim Hochschalten, eine Geschwindigkeitsangleichung der Vorgelegewelle
vorgenommen werden muss. Bei Gangwechsel vom ersten in den zweiten
Gang muss die Synchronisiereinrichtung des zweiten Ganges eine Abbremsung
des entsprechenden Gangrades und damit der gesamten Vorgelegewelle
vornehmen, um das Einrücken
zu ermöglichen.
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Aus
der DE-A 41 37 143 ist ein mehrstufiges synchronisiertes Vorgelegegetriebe
bekannt, wobei die einem Schalt paket benachbart angeordneten zwei
Gänge nicht
aufeinander folgende Gänge
sind; jedem Schaltpaket ist eine Betätigungseinrichtung zugeordnet,
die unabhängig
von den übrigen
Betätigungseinrichtungen
betrieben und gesteuert wird. Hierdurch können die Schaltnebenzeiten
verringert werden.
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Prinzipiell
besteht ein Getriebe mit derartigen Schalteinrichtungen aus einem
Gehäuse,
in dem eine Antriebswelle koaxial mit einer Antriebswelle angeordnet
sind, zu denen achsparallel versetzt eine Vorgelegewelle vorgesehen
ist. Die von der Antriebswelle übernommene
Drehbewegung wird über
Fixräder
auf die Vorgelegewelle übertragen,
auf der entsprechend der vorgesehenen Gangzahl weitere Zahnräder entsprechend
den weiteren Gängen
vorgesehen sind. Auf der Abtriebswelle sind üblicherweise drehfest jedoch
axial verschieblich Schaltmuffen vorgesehen, die mit den Betätigungseinrichtungen
trieblich verbunden sind. Auf der Abtriebswelle sind des weiteren
Losräder
für die
einzelnen Gänge angeordnet,
die jeweils mit den Zahnrädern
der Vorgelegewelle trieblich verbunden sind. Einem jedem Gangpaar
ist ein Schaltpaket zugeordnet, das jeweils aus der entsprechenden
Schaltmuffe, einem an dem entsprechenden Losrad und an der Antriebswelle vorgesehenen
Teil und der jeweiligen Synchronisierungseinrichtung besteht.
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Beim
eigentlichen Schaltvorgang wird über die
Betätigungseinrichtung
die Schaltmuffe aus ihrem Eingriff mit dem Losrad des einen Ganges
ausgerückt
und in ihre Neutralstellung gebracht. Kurz darauf wird über die
zweite Betätigungseinrichtung
die Schaltmuffe aus ihrer Neutralstellung auf das Losrad des nächsthöheren oder
nächstniedrigeren
Ganges zubewegt. Dabei beginnt die Synchroneinrichtung des Schaltpakets
zu greifen und nimmt eine Geschwindigkeits gleichung des Rades mit
der Schaltmuffe bzw. der Abtriebswelle vor, bis die entsprechenden
Kupplungsverzahnungen in Eingriff gebracht werden können.
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Die
DE-A 41 21 757 beschreibt ein Bereichsgetriebe für Kraftfahrzeuge, das als Planetengetriebe ausgebildet
ist und wobei zur Schaltung einer ins Langsame übersetzten Bereichsgruppe über eine Schiebemuffe
ein Hohlrad mit einem Getriebegehäuse verbunden wird. Am Getriebegehäuse ist
ein Kupplungskörper
befestigt, der eine Verzahnung aufweist, über die er drehfest im Getriebegehäuse geführt ist.
An einem mit der Abtriebswelle des Bereichsgetriebes drehfest verbundenen
Steg ist ein zweiter Kupplungskörper
befestigt, der eine Innenverzahnung und eine Aussenverzahnung aufweist. Beide
Kupplungskörper
sind mit in axiale Richtung weisenden koaxial zur Abtriebswelle
verlaufenden Ansätzen
versehen, an denen Kegelflächen
vorgesehen sind, wobei auf den Kegelflächen ein einstückig ausgebildeter
Synchronring vorgesehen ist, auf dem eine Schiebemuffe fliegend
gelagert ist, die eine innere Verzahnung aufweist und über eine
Aussenverzahnung drehfest in eine Verzahnung eines Getriebezahnrades
eingreift. Die Schiebemuffe, die über eine Schaltgabel aus ihrer
Neutralstellung in Schaltstellungen verschoben werden kann, weist
radiale Druckbolzen auf, die in Richtung des Synchronringes federbelastet
sind. Diese Druckbolzen wirken mit rampenartig geformten Druckstücken zusammen,
die in einer am äusseren
Umfang des Synchronringes vorgesehenen Ausnehmung vorgesehen sind.
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Aus
der DE-PS 926 468 der Anmelderin ist eine Synchronisierungsvorrichtung
insbesondere für Getriebeschaltkupplungen
von Kraftfahrzeugen bekannt mit radial verschiebbaren Sperrkörpern, deren nach
innen gerichtete Enden mit Gegenflächen am Synchronkörper und
deren nach außen
gerichtete Enden mit Gegenflächen
einer Schiebemuffe zusammentreffen.
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Schließlich ist
auch aus der DE-AS 1 103 149 der Anmelderin eine Synchronisiereinrichtung insbesondere
für Getriebeschaltkupplungen
von Kraftfahrzeugen bekannt, bei der beim Verdrehen des Synchronringes
gegenüber
dem Schiebemuffeninnenteil bei Einleitung der Schaltung Sperrkörper aus
ihrer Ruhe- bzw. Neutrallage von an der Schiebemuffe gebildeten
Sperrzähnen
radial nach außen
bewegt und nach Erreichen des Synchronlaufes der zu kuppelnden Teile
durch die Schiebemuffe wieder in ihre Neutralstellung zurückgedrückt werden.
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Bei
den herkömmlichen
Schaltgetrieben ist jedem Schaltpaket für jeden zu schaltenden Gang
ein hauptsächlich
durch Synchronisierung und Kupplungskörper vorgegebener Schaltweg
zugeordnet, wobei bei den bekannten Schaltgetrie ben das Schaltpaket
symmetrisch ausgeführt
ist, d. h. dass die Schiebemuffe zwischen zwei Schaltvorgängen eine definierte
Mittelstellung einnimmt. Dies bedingt einen gleichgrossen Teilschaltweg
in beiden Schaltrichtungen.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schalteinrichtung für ein derartiges
Schaltgetriebe dahingehend auszugestalten, dass der Schaltweg und
damit die Schaltzeit verkürzt
und die axiale Baulänge
des Getriebes verkürzt
wird.
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Ausgehend
von einer Schalteinrichtung der eingangs näher genannten Art erfolgt die
Lösung
dieser Aufgabe mit den im kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1
angegebenen Merkmalen; vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den
Unteransprüchen
beschrieben.
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Es
wurde gefunden, dass für
bestimmte Schaltgetriebe, insbesondere Split-Getriebe und Gruppengetriebe,
die bisher übliche
definierte Mittelstellung der Schiebemuffe zwischen zwei aufeinanderfolgenden
Schaltvorgängen
nicht nowendig ist. Durch die asymmetrische Anordnung der Aktivierungselemente,
d. h. des Druckstücks
oder der Nut, wird der Vorteil erzielt, dass die Schiebemuffe bei
ihrer Betätigung
den nächsten
Gang bereits ansynchronisieren kann, wenn sie die Kupplungsverzahnung,
mit der sie bis zu ihrer Betätigung
im Eingriff war, gerade verlassen hat. Diese aussermittige Anordnung
des entsprechenden Aktivierungselementes, d. h. des Druckstücks oder
der Nut bzw. Rampen aussermittig zur Schiebemuffenmitte, führt dazu, dass
der Synchronring früher
aktiviert werden kann. Der grundsätzliche Schaltungsablauf, d.
h. Auskuppeln, Ansynchronisieren, Entsperren, Einkuppeln, bleibt
dabei unverändert
erhalten.
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Eine
Schaltwegverkürzung
von etwa 20% durch die aussermittige Anordnung des entsprechenden
Aktivierungselementes lässt
sich problemlos erzielen.
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, in
der nur die für
das Verständnis
der erfindungsgemässen
Ausgestaltung der Schalteinrichtung notwendigen Bauteile dargestellt sind;
es zeigen
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1A bis 1C drei
verschiedene Stellungen der Schaltein richtung beim Übergang
langsamem zu schnellem Schaltzustand,
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2A bis 2C drei
verschiedene Stellungen der Schaltein richtung beim Übergang
schnellem zu langsamem Schaltzustand und
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3A bis 3C verschiedene
Stellungen der Schalteinrich tung mit Ringfeder bei einer Schaltung
von langsamem zu schnellem Schaltzustand.
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In
den Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Die 1A zeigt eine Schalteinrichtung 2 für ein hier
nur teilweise dargestelltes Planetengetriebe 4. Dabei greift
eine Schaltgabel 6 in eine Schiebemuffe 8 ein.
Die Schiebemuffe ist über
einen Sperring 10 axial fest mit dem Hohlrad 12 des
Planetengetriebes 4 verbunden, wodurch bei einer axialen
Bewegung der Schiebemuffe entlang einer gedachten Getriebelängsachse 14 auch
das Hohlrad 12 axial bewegt wird. Planetenräder 16 sind auf
einem Planetenträger 18 drehbeweglich
angeordnet. Der Planetenträger 18 ist
mit einer hier nicht dargestellten Ausgangswelle des Getriebes verbunden
und im Getriebegehäu se 20 durch
ein Lager 22 drehbar gelagert. Drehfest auf dem Planetenträger 18 sind
ein Synchronkörper 24 und
ein Kupplungskörper 26 angeordnet.
Auf seinem Umfang verteilt weist der Synchronkörper 24 eine Anzahl
von Druckstücken 28 auf,
die beispielsweise in Form von radial nach außen federbelasteten Kolben
vorgesehen sein können.
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Am
Getriebegehäuse 20 ist
eine Platte 30 befestigt, an der ein weiterer Kupplungskörper 32 angeordnet
ist, beispielsweise durch eine Verschweißung. Beide Kupplungkörper 26 und 32 weisen
konische Reibflächen 34 bzw. 36 auf,
auf denen jeweils ein Synchronring 38 bzw. 40 angeordnet
ist. Die Synchronringe 38 und 40 weisen ebenfalls
je eine konische Reibfläche
auf, die mit den Reibflächen 34, 36 korrespondieren.
Die Kupplungskörper 26 und 32 weisen
radial außen
je eine Kupplungsverzahnung 42 und 44 auf, in
die die Innenverzahnung 46 der Schiebemuffe 8 eingreifen
kann. Die Innenverzahnung 46 der Schiebemuffe 8 ist
asymmetrisch aufgebaut, darauf wird später näher eingegangen.
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In
der 1A ist der Schaltzustand gezeigt, bei dem das
Hohlrad 12 des Planetengetriebes 4 mit dem Getriebegehäuse 20 über die
Schiebemuffe 8 drehfest verbunden ist, um eine Untersetzung
der Abtriebswellendrehzahl des Getriebes zu erreichen. Im Gegensatz
zu diesem langsamen Schaltzustand steht der schnelle Schaltzustand,
bei dem der Planetenträger 26 drehfest
mit dem Hohlrad 12 zur Bildung eines Direktantriebes zwischen
Eingang und Ausgang des Planetengetriebes 4 verbunden ist.
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Soll
nun von dem langsamen Schaltzustand in den schnellen Schaltzustand
umgeschaltet werden, so wird die Schiebemuffe 8 aus dem
Zustand ganz links von der Schaltgabel 6 axial in der Zeichenebene
nach rechts verschoben. Dabei kommt die Innenverzahnung 46 der
Schiebemuffe 8 mit dem Druckstück 28 zur Anlage,
wie in 1B gezeigt. Dabei liegt die
Kan te 50 der Innenverzahnung 46 von der gedachten
Mittelachse 52 der Schaltgabel 6 axial nach rechts
verschoben, so daß die
Schiebemuffe 8 bis zur Anlage an das Druckstück 28 nur
einen bestimmten kürzeren
axialen Weg zurücklegen
muß, als
den anschließenden
axialen Weg nach der Anlage bis zum Erreichen der axialen Endlage
im schnellen Schaltzustand nach 1C. Durch
die Anlage von Kante 50 an das Druckstück 28 wird dieses
nach rechts gedrückt
und drückt
den Reibkonus des Synchronringes 40 auf den Reibkonus des
Kupplungskörpers 26 zur
Drehzahlangleichung. Die 1C zeigt
die Synchronisiereinrichtung 2 bei eingeschaltetem schnellem
Schaltzustand. Die Schiebemuffe 8 ist axial nach rechts
bis an den Planetenträger 18 heran
verschoben worden. Die Innenverzahnung 46 der Schiebemuffe 8 ist
in die Kupplungsverzahnung 44 des Kupplungskörpers 26 eingerastet
und schafft eine drehfeste Verbindung zwischen Hohlrad 12 und Planetenträger 18.
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Die 2 zeigt die Schaltung in der umgekehrten
Richtung vom schnellem zum langsamen Schaltzustand. Dabei ist in 2A ein
Druckstück 54 zu
sehen, daß auf
dem Umfang des Synchronkörpers 24 verschoben
gegenüber
dem Druckstück 28 angeordnet
ist. Im Bereich dieses Druckstückes 54 ist
die Schiebemuffe 8 mit ihrer Innenverzahnung 46 anders ausgebildet,
als im Bereich des Druckstücks 28.
Die Kante 56 liegt ebenfalls von der gedachten Mittelachse 52 der
Schaltgabel 6 nach rechts verschoben und liegt so in der
Innenverzahnung angeordnet, daß die Schiebemuffe 8 bis
zur Anlage von Kante 56 an das Druckstück 54 einen kürzeren axialen
Weg zurücklegen
muß, als
den Weg von der Anlage von Kante 50 an das Druckstück 28 bis
zum Erreichen der axialen Endlage im langsamen Schaltzustand, siehe 2B. Die 2C zeigt
den langsamen Schaltzustand mit der drehfesten Verbindung von Gehäuse 20 und Hohlrad 12.
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Die 3A zeigt
eine weitere vorteilhafte Ausführungsform.
Hierbei wird auf einen Synchronkörper
verzichtet und statt dessen eine Ringfeder 60 vorgesehen,
durch deren axiale Verschiebung der jeweilige Synchronring 62 oder 64 auf
den zugehörigen Kupplungskörper 66 bzw. 68 geschoben
wird. Die Synchronringe 62, 64 weisen axial vorstehende
Nasen 70 auf, durch die die Ringfeder 60 radial
in ihrer Position gehalten wird. Die Innenverzahnung 72 der Schiebemuffe
ist mit den äußeren Verzahnungen 75 und 76 an
den Synchronringen 62 und 64 und den Kupplungsverzahnungen 78 und 80 an
den Kupplungskörpern 66 und 68 in
Eingriff bringbar. Die Innenverzahnung 72 weist eine Nase 74 mit
zwei Schrägen 82 und 84 auf,
deren Spitze asymmetrisch bezüglich
der Mitte der Schaltgabel liegt. Dadurch ist der axiale Weg, den
die Schiebemuffe aus der in 3A ersichtlichen
Position nach rechts ausführen muß, bis die
Nase 74 die Ringfeder 60 erreicht, kleiner als
der axiale Weg, den die Schiebemuffe 8 zurücklegen
muß, nachdem
die Nase 74 die Ringfeder 60 überwunden hat bis zum Erreichen
der axialen Endlage im schnellen Schaltzustand nach 3C. Bei
grundsätzlichem
gleichen Schaltungsablauf wie bisher, nämlich Auskuppeln, Ansynchronisieren,
Entsperren, Einkuppeln bewirkt die aussermittige Anordnung eines
dieser Aktivierungselemente, d. h. entweder der Druckstücke 28, 54 oder
der Nase 74, dass die Schiebemuffe 8 den nächsten Gang
bereits ansynchronisieren kann, wenn sie die Kupplungsverzahnung
gerade verlassen hat, mit der sie sich im Eingriff befand.
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Durch
die erfindungsgemässe
Anordnung wird zum einen ein verkürzter Gesamtschaltweg und zum
anderen eine schnellere Schaltung ermöglicht.
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Neben
dem Vorteil des kürzeren
Schaltweges ermöglicht
es die erfindungsgemäss
Schalteinrichtung auch, mit einem kleineren GP-Zylinderhub auszukommen,
wodurch ein kleineres Befüllvolumen und
eine geringere gespeicherte Energie bis zum Entsperren notwendig
sind. Dadurch werden auch die auftretenden Stösse beim Einspuren kleiner.
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Die
Schiebemuffe trifft ferner mit geringerer Geschwindigkeit auf den
zu synchronisierenden Ring auf als es bei den herkömmlichen
Schalteinrichtungen der Fall ist, d. h. dass das Ansynchronisieren
und Sperren besser funktioniert.
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Neben
den beschriebenen Synchronisiereinrichtungen der Schalteinrichtung
ist der grundsätzliche
erfinderische Gedanke auch bei Synchronisiereinrichtungen nach dem
Bolzen-Typ anwendbar.
Dabei sind die Aktivierungselemente als Bolzen ausgeführt, deren
Sperrflächen
dann eine Ansteuerung durch die Schiebemuffe oder die Verschiebeplatte nur
in deren außermittigem
Zustand zu den Synchronringen zulassen.
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- 2
- Schalteinrichtung
- 4
- Planetengetriebe
- 6
- Schaltgabel
- 8
- Schiebemuffe
- 10
- Sperring
- 12
- Hohlrad
- 14
- Getriebelängsachse
- 16
- Planetenräder
- 18
- Planetenträger
- 20
- Getriebegehäuse
- 22
- Lager
- 24
- Synchronkörper
- 26
- Kupplungskörper
- 28
- Druckstücken
- 30
- Platte
- 32
- Kupplungskörper
- 34,
36
- Reibflächen
- 38,
40
- Synchronring
- 42,
44
- Kupplungsverzahnung
- 46
- Innenverzahnung
- 50
- Kante
- 52
- Mittelachse
- 54
- Druckstück
- 56
- Kante
- 60
- Ringfeder
- 62,
64
- Synchronringe
- 66,
68
- Kupplungskörper
- 70,
74
- Nasen
- 72
- Innenverzahnung
- 75,
76
- Verzahnungen
- 78,
80
- Kupplungsverzahnungen
- 82,
84
- Schrägen