DE19920064A1 - Zahnräderwechselgetriebe für ein Kraftfahrzeug - Google Patents
Zahnräderwechselgetriebe für ein KraftfahrzeugInfo
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf ein Zahnräderwechselgetriebe für ein Kraftfahrzeug mit einem Getriebegehäuse und zumindest einer Getriebewelle, zu der Losräder koaxial und drehbar sowie Schaltmuffen drehfest und axial verschieblich angeordnet sind, wobei mehrere mit den Schaltmuffen gekoppelte Schaltkörper gegenüber einer Schaltstange bewegbar sind, und wobei jedem der Schaltkörper eine separat elektrisch bestrombare Spule zugeordnet ist. DOLLAR A Um ein kostengünstiges Zahnräderwechselgetriebe zu schaffen, ist erfindungsgemäß in zwei verschiedenen Ausführungsformen vorgeschlagen, daß die Schaltkraft für sämtliche Schaltmuffen mittels eines Stellgliedes aufbringbar ist, welches ausschließlich in einer Bewegungsrichtung (Linear oder Drehung) beweglich ist. Die Schaltkörper sind dabei in einem ersten Zustand gegenüber der Schaltwelle beweglich und in einem zweiten Zustand mit der Schaltwelle gekoppelt.
Description
Die Erfindung betrifft ein Zahnräderwechselgetriebe für ein
Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff der beiden unabhängigen An
sprüche 1 und 2.
Ein solches Zahnräderwechselgetriebe für ein Kraftfahrzeug ist
bereits aus der DE 41 05 157 A1 bekannt. Bei diesem ist eine
Schaltwelle parallel versetzt zu einer Getriebewelle angeordnet
und fest in einem Getriebegehäuse eingespannt bzw. sechswertig
gelagert. Die Schaltwelle weist ein Außengewinde auf, wobei ein
koaxial zu dieser angeordneter Schaltkörper einen Innengewinde
abschnitt aufweist, der in das Außengewinde eingreift. Der
Schaltkörper weist einen Elektromotor auf, mittels dessen das
Außengewinde schraubbeweglich gegenüber der Schaltwelle ist.
Durch diese Schraubbewegung kann der Schaltkörper Linearbewe
gungen entlang der Schaltwelle ausführen. Da der Schaltkörper
unmittelbar in eine Schaltmuffe eingreift, kann infolge dieser
Schraubbewegungen eine formschlüssige Verbindung zwischen einem
Losrad und der Getriebewelle geschaffen werden.
Nachteilhaft an diesem Zahnräderwechselgetriebe ist, daß jeder
Schaltmuffe ein separater leistungsstarker Elektromotor zuge
ordnet ist, der die Schaltkraft aufbringt.
Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein gegenüber dem gat
tungsbildenden Stand der Technik einfaches und kostengünstiges
Zahnräderwechselgetriebe zu schaffen.
Die erläuterte Aufgabe ist gemäß der Erfindung mit den kenn
zeichnenden Merkmalen von Patentanspruch 1 beziehungsweise Pa
tentanspruch 2 in vorteilhafter Weise gelöst.
Ein Vorteil der Erfindung gemäß den Patentansprüchen 1 und 2
besteht darin, daß die Schaltkraft für sämtliche Schaltmuffen
mittels eines einzigen Stellgliedes aufbringbar ist, welches
ausschließlich in einer Bewegungsrichtung (Linear oder Drehung)
beweglich ist.
Patentanspruch 1 sieht dafür eine Schaltstange vor, die mittels
des Stellgliedes in dessen Bewegungsrichtung (Linear oder Dre
hung) gegenüber Schaltkörpern, welche sich in einem ersten Zu
stand befinden, beweglich ist. Die Schaltkörper sind in einem
zweiten Zustand mit der Schaltstange gekoppelt. Die Überführung
des Schaltkörpers vom ersten in den zweiten Zustand erfolgt da
bei elektromagnetisch mittels einer Spule und einer Koppelvor
richtung.
Patentanspruch 2 stellt eine alternative Lösung dar, bei der
eine Schaltwelle eine Führung, wie beispielsweise ein Außenge
winde, aufweist. Die Schaltkörper weisen ebenfalls zwei Zustän
de auf, wobei im zweiten Zustand eine Koppelvorrichtung in die
Führung eingreift. Da die Führung einen Steigungswinkel gegen
über einer Längsachse der Schaltwelle aufweist, wird eine Dreh
bewegung der Schaltwelle in eine Linearbewegung des jeweiligen
Schaltkörpers entlang der Längsachse umgewandelt, wenn sich
dieser im zweiten (gekoppelten) Zustand befindet.
Bei der im Patentanspruch 3 dargestellten Ausgestaltung der Er
findung ist die Schaltstange gemäß Patentanspruch 1 bis auf die
besagte Bewegungsrichtung gegenüber dem Getriebegehäuse festge
legt. Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung ist die Schaltwel
le gemäß Patentanspruch 2 bis auf die Drehrichtung um die
Längsachse festgelegt.
Patentanspruch 4 zeigt ein vorteilhafte Ausgestaltung der Er
findung, die die Verwendung von linearen Antrieben, wie bei
spielsweise Hydraulikzylindern, ermöglicht.
Die Ausführung der Erfindung gemäß Patentanspruch 5 ermöglicht
in vorteilhafter Weise die Verwendung von Motoren, die eine
Drehbewegung in die Schaltstange einleiten. Solche Motoren kön
nen insbesondere Elektromotoren sein.
Die im Patentanspruch 7 aufgezeigte formschlüssige Verbindung
zwischen der Schaltstange und dem Schaltkörper gewährleistet in
vorteilhafter Weise gegenüber einer reibschlüssigen Verbindung
die exakte Positionierung des Schaltkörpers gegenüber der
Schaltstange.
Patentanspruch 8 zeigt eine Ausgestaltung der Erfindung, mit
tels derer Knickbewegungen der stromführenden Leitungen verhin
dert werden.
Die Ausgestaltung der Erfindung gemäß Patentanspruch 10 ermög
licht es, bei Schaltvorgängen mit unterschiedlichen Schaltpha
sen, jeder Schaltphase eine Verfahrgeschwindigkeit der Schalt
muffe bzw. eine Schaltkraft zuzuordnen.
Patentanspruch 13 zeigt eine vorteilhafte Ausgestaltung eines
erfindungsgemäßen Zahnräderwechselgetriebes als Doppelkupp
lungsgetriebe mit zwei Teilgetrieben. Dabei weist jedes der
beiden Teilgetriebe jeweils eine parallel zur Antriebswelle an
geordneten Abtriebswelle auf. Da das erfindungsgemäße Zahnrä
derwechselgetriebe die Verwendung kostengünstiger Stellglieder
ermöglicht, kann jeder der beiden Abtriebswellen eine Schalt
stange zugeordnet sein. Dabei können die Schaltmuffen des er
sten Teilgetriebes zeitlich unabhängig von den Schaltmuffen des
zweiten Teilgetriebes ein bzw. ausgerückt werden, wie es insbe
sondere bei einem lastschaltbaren Doppelkupplungsgetriebe vor
teilhaft ist. Diese Ausgestaltung der Erfindung bietet den zu
sätzlichen Vorteil, daß die beiden Abtriebswellen einen großen
parallelen Versatz aufweisen können, wenn dies der Bauraum be
dingt. Je nach Ausgestaltung des Doppelkupplungsgetriebes kön
nen die Abtriebswellen auch als Vorgelegewellen ausgestaltet
sein.
Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus den übrigen Unteran
sprüchen und der Beschreibung hervor.
Es zeigen
Fig. 1 in einem ersten Ausgestaltungsbeispiel ein vereinfachtes
Zahnräderwechselgetriebe mit vier Gängen in einer schematisier
ten Darstellung, wobei mittels einer inneren Schaltung eine
Neutralstellung eingelegt ist,
Fig. 2 eine Einzelheit II aus Fig. 1, die u. a. einen Schaltkör
per in einem ersten Zustand und eine Spule zeigt,
Fig. 3 das Zahnräderwechselgetriebe aus Fig. 1, das u. a. den
Schaltkörper in einem zweiten Zustand bei bestromter Spule
zeigt,
Fig. 4 das Zahnräderwechselgetriebe aus Fig. 1 in einer ersten
Schaltstellung,
Fig. 5 in einem zweiten Ausgestaltungsbeispiel einen Ausschnitt
eines Zahnräderwechselgetriebes mit einer Synchronisierung,
Fig. 6 in einem dritten Ausgestaltungsbeispiel eine Abwicklung
einer rotationssymmetrischen Schaltwelle,
Fig. 7 einen Ausschnitt eines Zahnräderwechselgetriebes mit ei
ner Synchronisierung und mit der Schaltwelle gemäß Fig. 6 und
Fig. 8 in einem vierten Ausgestaltungsbeispiel einen Ausschnitt
eines Zahnräderwechselgetriebes mit einer Synchronisierung.
Fig. 1 zeigt ein vereinfachtes Zahnräderwechselgetriebe 1 mit
vier Gängen in einer schematisierten Darstellung. Das Zahnrä
derwechselgetriebe 1 ist in einer Neutralstellung dargestellt.
Innerhalb eines Getriebegehäuses 3 sind zwei parallel versetzt
zueinander angeordnete Getriebewellen (Antriebswelle 2, Ab
triebswelle 14) drehbar gelagert, wobei koaxial und drehbar zu
der Antriebswelle 2 vier Losräder 4, 5, 6, 7 angeordnet sind
und koaxial und drehfest zur Abtriebswelle 14 vier Festräder 8,
9, 10, 11 angeordnet sind. Die vier Losräder 4, 5, 6, 7 kämmen
in üblicher Weise mit den vier Festrädern 8, 9, 10, 11.
Dabei bildet jeweils eines der vier Losräder 4, 5, 6, 7 eine
Zahnradpaarung mit einem der vier Festräder 8, 9, 10, 11. Je
weils einer Zahnradpaarung ist einer der vier möglichen Gänge
bzw. ein Übersetzungsverhältnis zugeordnet.
Konzentrisch zu der Antriebswelle 2 ist eine erste Schaltmuffe
12 zwischen dem ersten Losrad 4 und dem zweiten Losrad 5 ange
ordnet, die eine in der Zeichnung nicht näher ersichtliche In
nenverzahnung aufweist. Diese erste Schaltmuffe 12 ist drehfest
und axial verschieblich bezüglich der Antriebswelle 2 angeord
net.
Konzentrisch zu der Antriebswelle 2 ist eine zweite Schaltmuffe
13 zwischen dem dritten Losrad 6 und dem vierten Losrad 7 ange
ordnet, die eine zweite Innenverzahnung aufweist. Diese zweite
Schaltmuffe 13 ist ebenfalls drehfest und axial verschieblich
bezüglich der Antriebswelle 2 angeordnet.
Die Losräder 4, 5, 6, 7 weisen jeweils eine Verzahnung auf, die
mit einer der beiden Innenverzahnungen der Schaltmuffen 12, 13
korrespondiert, so daß zwischen jeweils einem der vier Losräder
4, 5, 6, 7 und der Antriebswelle 2 eine formschlüssige Verbin
dung hergestellt werden kann, indem eine der beiden Schaltmuf
fen 12, 13 axial auf eines der beiden möglichen Losräder 4, 5
bzw. 6, 7 verschoben wird.
Diese axiale Verschiebung der Schaltmuffen 12, 13 erfolgt mit
tels einer inneren Schaltung 15.
Diese innere Schaltung 15 umfaßt ein Stellglied 16, eine
Schaltstange 17, zwei Schaltkörper 18, 19 und zwei Verriegelun
gen 20, 21.
Das Stellglied 16 umfaßt einen Linearantrieb 52 mittels dessen
die Schaltstange 17 entlang deren Längsrichtung verschiebbar
ist.
Die beiden Schaltkörper 18, 19 sind jeweils mittels einer der
beiden Verriegelungen 20, 21 in einer von drei Sacklochbohrun
gen 22, 23, 24 bzw. 25, 26, 27 eingerastet.
Im folgenden werden die beiden Schaltkörper 18, 19 anhand des
ersten Schaltkörpers 18 erläutert. Dieser erste Schaltkörper 18
gemäß Einzelheit II in Fig. 1 ist in Fig. 2 näher dargestellt
und umfaßt einen Schlitten 28, zwei Druckfedern 29, 30, einen
rotationssymmetrischen Ankermagneten 31 und eine Spule 32.
Fig. 2 zeigt dabei den Schaltkörper 18 in einem ersten Zustand.
Die Schaltstange 17 ist in dem Schlitten 28 längsverschieblich
geführt. Ein unterer Schlittenteil 33 ist fest mit einer
Schaltgabel 34 verbunden. Diese Schaltgabel 34 greift in übli
cher Weise in eine Umfangsnut der ersten Schaltmuffe 12. Ein
oberer Schlittenteil 35 weist eine mittig angeordnete Bohrung
36 auf, in die ein unteres Ende 37 des rotationssymmetrischen
Ankermagneten 31 ragt. Dieser rotationssymmetrische Ankermagnet
31 setzt sich aus einem Rundstab 38 und einer Scheibe 39 zusam
men und ist koaxial zu einer Mittenachse 40 der Spule 32 ange
ordnet. Dabei ist der Rundstab 38 innerhalb der Spule 32 ange
ordnet, wohingegen die Scheibe 39 oberhalb der Spule 32 ange
ordnet ist. Die Spule 32 ist an deren unterem Ende 37 mit dem
oberen Schlittenteil 28 bewegungsfest verbunden.
Die Bohrung 36 im oberen Schlittenteil 28 fluchtet mit einer
Ausnehmung 41 der Schaltstange 17, wenn sich das Zahnräderwech
selgetriebe 1 in der in Fig. 1 dargestellten Neutralstellung
befindet. In dieser Neutralstellung ist ein zapfenförmiges obe
res Ende 42 des Ankermagneten 31 in der ersten Sacklochbohrung
23 im Getriebegehäuse 3 eingerastet. Die Kraft, die das zapfen
förmige obere Ende 42 in der Sacklochbohrung 23 hält, wird mit
tels der beiden Druckfedern 29, 30 erzeugt, die sich parallel
versetzt zur Mittenachse 40 einerseits am Schlitten 28 und an
dererseits an der Scheibe 39 des Ankermagneten 31 abstützen. In
Längsrichtung der Schaltstange 17 ist die zweite Sacklochboh
rung 22 links neben der ersten Sacklochbohrung 23 und eine
dritte Sacklochbohrung 24 rechts neben der ersten Sacklochboh
rung 23 angeordnet. Die zweite Sacklochbohrung 22 ist dem er
sten Gang zugeordnet, wohingegen die dritte Sacklochbohrung 24
dem zweiten Gang zugeordnet ist.
Fig. 3 zeigt das Zahnräderwechselgetriebe 1 bei bestromter Spu
le 32.
In diesem Zustand ist eine Gleichspannung an die Spule 32 ange
legt.
Infolge des Stromflusses ist die Spule 32 von einem Magnetfeld
umgeben. Der magnetische Fluß dieses Magnetfeldes verschiebt
den Ankermagneten 32 bezüglich der Mittenachse 40 axial nach
unten, so daß das untere Ende 37 des Ankermagneten 32 in die
Ausnehmung 41 ragt, wohingegen das zapfenförmige obere Ende 42
außerhalb der ersten Sacklochbohrung 23 angeordnet bzw. die
Verriegelung 20 gelöst ist. Die Verschiebung des Ankermagneten
31 erfolgt dabei gegen die Kraft der Druckfedern 29, 30, so daß
diese gestaucht sind.
In diesem dargestellten zweiten Zustand ist der erste Schalt
körper 18 unverschieblich gegenüber der Schaltstange 17 mit
dieser gekoppelt. Wenn die Schaltstange 17 mittels des Linea
rantriebes 52 in Längsrichtung verschoben wird, so stützt sich
der Schaltkörper 18 mittels des unteren Endes 37 des Ankermag
neten in der Ausnehmung 41 ab. Demzufolge ist der Schaltkörper
18 in eine erste Schaltstellung verschieblich, in der der Rund
stab 38 des Ankermagneten 31 mit der zweiten Sacklochbohrung 22
fluchtet, um den Schaltkörper 18 in dieser ersten Schaltstel
lung zu verriegeln, wird der Stromfluß in der Spule 32 unter
brochen, wodurch das Magnetfeld zusammenbricht und der Ankermag
net infolge der Federkraft der Druckfedern 29, 30 in die von
der Schaltwelle 17 weg weisenden Richtung (nach oben) verscho
ben wird.
Diese erste Schaltstellung ist in Fig. 4 dargestellt. Das zap
fenförmige obere Ende 42 des Ankermagneten 31 ragt dabei in die
Sacklochbohrung 22, wohingegen die in Längsrichtung der Schalt
stange 17 wirksame formschlüssige Verbindung zwischen der
Schaltstange 17 und dem Schaltkörper 18 aufgehoben ist. Da bei
Verschiebung des Schaltkörpers 18 die mit diesem verbundene
Schaltgabel 34 die erste Schaltmuffe 12 nach links verschiebt
und so eine formschlüssige Verbindung zwischen dem ersten Los
rad 4 und der Antriebswelle 2 schafft ist der erste Gang einge
legt.
Fig. 5 zeigt in einem zweiten Ausgestaltungsbeispiel aus
schnittsweise ein Zahnräderwechselgetriebe 101 mit Synchroni
sierungen.
Bei einem solchen Zahnräderwechselgetriebe 101 wird eine dreh
feste Verbindung zwischen einem von mehreren Losrädern 104, 105
und einer Antriebswelle 102 mittels Synchronisiereinrichtungen
144 geschaffen. Dabei umfaßt jeweils eine Synchronisiereinrich
tung 144 eine Schaltmuffe 112, die drehfest und axial ver
schieblich bezüglich der Antriebswelle 102 angeordnet ist. Die
Schaltmuffe 112 wird in einer ersten Schaltphase aus einer Mit
telstellung in die auf eines der Losräder 104 oder 105 weisende
Richtung verschoben, bis im Kraftfluß zwischen dem betreffenden
Losrad 104 oder 105 und der Antriebswelle 102 eine Reibmo
mentübertragung einsetzt. Beim weiteren Verschieben der Schalt
muffe 112 in die auf das betreffende Losrad 104 oder 105 wei
sende Richtung wird in einer zweiten Schaltphase die Drehzahl
der Antriebswelle 102 an die Drehzahl des betreffenden Losrades
104 oder 105 angeglichen. In einer dritten darauf folgenden
Schaltphase wird zwischen dem betreffenden Losrad 104 oder 105
und der Antriebswelle 102 eine formschlüssige Verbindung ge
schaffen.
Die Schaltwelle 117 erstreckt sich koaxial zu einer Längsachse
143 und weist ein Außengewinde 150 auf. Ein nicht näher darge
stellter Elektromotor dient als ein Stellglied, mittels dessen
die Schaltwelle 117 drehbar ist. Im Gegensatz zum ersten Aus
führungsbeispiel ist ein Schaltkörper 118 mit einer rotations
symmetrischen Muffe 128 verbunden, die konzentrisch zu der
Schaltwelle 117 angeordnet ist. Die Muffe 128 ist mit einer
Schaltgabel 134 verbunden, welche in eine Umfangsnut der
Schaltmuffe 112 eingreift.
Die Zeichnung stellt den Schaltkörper 118 in einem ersten Zu
stand dar. In diesem ersten Zustand ist die Schaltwelle 117
frei drehbar gegenüber dem Schaltkörper 118, d. h. der Schalt
körper bleibt bei Drehbewegungen der Schaltwelle 117 ortsfest.
Analog zu dem ersten Ausführungsbeispiel stützen sich Druckfe
dern 129, 130 einerseits an der Muffe 128 und andererseits an
einem Ankermagneten 131 ab. Dieser Ankermagnet 131 weist an
dessen unterem Ende ein Innengewindesegment 137 auf.
Beim Anlegen eines Gleichstromes an eine Spule 132, die beab
standet um den Ankermagneten 131 gewickelt ist, wird ein magne
tischer Fluß im Einflußbereich der Spule 132 hervorgerufen. Aus
diesem magnetischen Fluß resultiert eine Kraft, die den Anker
magneten 131 auf die Schaltwelle 117 verschiebt, so daß dessen
Innengewindesegment 137 im Eingriff mit dem Außengewinde 150
der Schaltwelle 117 steht. In diesem zweiten Zustand des
Schaltkörpers führen Drehbewegungen der Schaltwelle 117 auf
grund eines mittleren Steigungswinkels des Außengewindes 150 zu
einer Verschiebung des Schaltkörpers 118 bzw. einer mit diesem
verbundenen Schaltgabel 134 entlang der Längsachse 143 der
Schaltwelle 117.
Infolge dieser Verschiebung der Schaltgabel 134 wird auch die
mit der Schaltgabel 134 gekoppelte Schaltmuffe 112 entlang der
Antriebswelle 102 verschoben. Diese Schaltmuffe 112 stellt nach
dem obig beschriebenen Synchronisiervorgang schließlich den
drehfesten Formschluß zwischen dem betreffenden Losrad 104 oder
105 und der Antriebswelle 102 her.
Fig. 6 zeigt in einem dritten Ausgestaltungsbeispiel eine Ab
wicklung einer rotationssymmetrischen Schaltwelle 217 in einer
schematisierten Darstellung. Dieses dritte Ausgestaltungsbei
spiel betrifft ebenfalls ein Zahnräderwechselgetriebe 201 mit
Synchronisierungen, wie dieses ausschnittsweise in Fig. 7 dar
gestellt ist.
Bei diesem Zahnräderwechselgetriebe 201 wird eine drehfeste
Verbindung zwischen einem von mehreren Losrädern 204, 205 und
einer Antriebswelle 202 mittels Synchronisiereinrichtungen 244
geschaffen. Dabei umfaßt jeweils eine Synchronisiereinrichtung
244 eine Schaltmuffe 212, die drehfest und axial verschieblich
bezüglich der Antriebswelle 202 angeordnet ist. Die Schaltmuffe
212 wird in einer ersten Schaltphase aus einer Mittelstellung
in die auf eines der Losräder 204 oder 205 weisende Richtung
verschoben, bis im Kraftfluß zwischen dem betreffenden Losrad
204 oder 205 und der Antriebswelle 202 eine Reibmomentübertra
gung einsetzt. Beim weiteren Verschieben der Schaltmuffe 212 in
die auf das betreffende Losrad 204 oder 205 weisende Richtung
wird in einer zweiten Schaltphase die Drehzahl der Antriebswel
le 202 an die Drehzahl des betreffenden Losrades 204 oder 205
angeglichen. In der dritten darauf folgenden Schaltphase wird
zwischen dem betreffenden Losrad 204 oder 205 und der Antriebs
welle 202 eine formschlüssige Verbindung geschaffen.
Die Schaltwelle 217 ist mittels eines nicht näher dargestellten
Stellgliedes drehbar und axial unverschieblich gegenüber einem
Getriebegehäuse 203. In die Schaltwelle 217 ist eine Führungs
nut 245 gefräst, die einen unstetigen Verlauf aufweist.
Ein Schaltkörper 218 ist ähnlich dem Schaltkörper 18 aus dem
ersten Ausführungsbeispiel ausgeführt. Im Gegensatz zum ersten
Ausführungsbeispiel ist eine rotationssymmetrische Muffe 228
konzentrisch, axial verschieblich und drehbar zu der Schaltwel
le 217 angeordnet. Die Muffe 228 ist mit einer Schaltgabel 234
verbunden, welche in eine Umfangsnut der Schaltmuffe 212 ein
greift.
Beim Anlegen einer Gleichspannung an eine Spule 232 des Schalt
körpers 218 wird ein Ankermagnet 231 entlang einer Mittenachse
240 der Spule 232 gegen die Federkraft von Druckfedern 229, 230
verschoben. Infolgedessen greift ein zapfenförmiges unteres En
de 237 des Ankermagneten 231 in die Führungsnut 245. Bei einer
anschließenden gleichförmigen Drehbewegung der Schaltwelle 217
verfährt der Schaltkörper 218 bezüglich der Längsachse 243 der
Schaltwelle 217 mit einer unstetigen Verfahrgeschwindigkeit.
Um einen möglichst optimalen Verlauf der Verfahrgeschwindigkeit
und der Schaltkraft für die Synchronisiereinrichtung 244 zu
schaffen, weist die Führungsnut 245 drei in Fig. 6 ersichtliche
Bereiche 246, 247, 248 auf, die sich in deren Steigungswinkel
zur Längsachse 243 unterscheiden.
Wenn sich die Schaltmuffe 212 in einer in der Fig. 7 darge
stellten Mittelstellung befindet, so greift das zapfenförmige
Ende 237 des Ankermagneten 231 in eine mittig in der Führungs
nut 245 liegende Neutralposition 249 ein. Je nach Drehrichtung
wird der Schaltkörper 218 bzw. die mit diesem mittels der
Schaltgabel 234 verbundene Schaltmuffe 212 auf eines der beiden
möglichen Losräder 204, 205 verschoben. In dem ersten Bereich
246 verfährt der Schaltkörper 218 bzw. die mittelbar mit diesem
gekoppelte Schaltmuffe 228 schnell, da der Steigungswinkel die
ses ersten Bereiches 246 zur Längsachse 243 relativ klein ist.
Dieser erste Bereich 246 der Führungsnut 245 wird in der ersten
Schaltphase durchlaufen. D. h., die Schaltmuffe 212 wird von der
Antriebswelle 202 auf das betreffende Losrad 204 verfahren, bis
ein Reibmoment übertragen wird. Im anschließenden zweiten Be
reich 247 verfährt der Schaltkörper 218 bzw. die mittelbar mit
diesem gekoppelte Schaltmuffe 212 langsam, da der Steigungswin
kel dieses zweiten Bereiches 247 zur Längsachse 243 relativ
groß ist. Dieser zweite Bereich 247 der Führungsnut 245 ist der
zweiten Schaltphase zugeordnet, wobei infolge des großen Stei
gungswinkels die Schaltkraft auch relativ groß ist. Die an
schließende dritte Schaltphase verläuft ähnlich der ersten
Schaltphase schnell, da der Steigungswinkel des dritten Berei
ches gegenüber der Längsachse 243 relativ klein ist.
Analog dazu wird das zapfenförmige Ende 237 bei umgekehrter
Drehrichtung der Schaltwelle 243 innerhalb von drei weiteren
Bereichen 253, 254, 255 geführt. Diese drei weiteren Bereiche
253, 254, 255 weisen in der Abwicklungsebene gemäß Fig. 6 eine
Symmetrie zu den drei Bereichen 246, 247, 248 auf. Diese Symme
trie zeigt sich in einer Punktspiegelung der drei Bereiche 253,
254, 255 an einem zentrisch in der Neutralposition 249 liegen
den Spiegelpunkt 256.
Fig. 8 zeigt in einem vierten Ausgestaltungsbeispiel aus
schnittsweise ein Zahnräderwechselgetriebe 301, bei dem eine
Schaltwelle 317 mittels eines nicht näher dargestellten Stell
gliedes drehbar ist. Ein Schaltkörper 318 umfaßt dabei eine
Muffe 328, gegenüber der die Schaltwelle 317 - in einem ersten
Zustand des Schaltkörpers 318 - drehbar ist. Ein Ankermagnet
331 ist innerhalb einer Spule 332 axial verschieblich bezüglich
deren Mittenachse 340 angeordnet. Beim Anlegen einer Gleich
spannung an die Spule 332 wird der Ankermagnet 331 gegen die
Kraft von zwei Druckfedern 329, 330 auf die Schaltwelle 317
verschoben, so daß ein unteres Ende 337 des Ankermagneten 331
in eine Ausnehmung 341 der Schaltwelle 317 ragt und sich in
Drehrichtung der Schaltwelle 317 an dieser abgestützt. Der
Schaltkörper 318 befindet sich dann im zweiten Zustand. Die
Muffe 328 ist mittels eines Gelenkes 351 mit einer Schaltgabel
334 gekoppelt. Diese Schaltgabel 334 greift in eine Umfangsnut
der Schaltmuffe 312. Somit führen Drehbewegungen der Schaltwel
le 317 beim Anliegen einer Gleichspannung an der Spule 332
zwangsläufig zu axialen Verschiebungen der Schaltmuffe 312.
Weitere alternative Ausgestaltungen und Kombinationen der ge
zeigten vier Ausführungsformen sind denkbar.
Bei dem ersten und dem vierten gezeigten Ausgestaltungsbeipiel
eines Zahnräderwechselgetriebes kann in weiteren Ausgestaltun
gen zur Koppelung der Schaltstange bzw. Schaltwelle mit dem
Schaltkörper anstatt der formschlüssigen Verbindung auch eine
reibschlüssige Verbindung hergestellt werden.
Anstelle der zwei Druckfedern kann in einer weiteren Ausgestal
tung eine Schraubendruckfeder koaxial zur Spule angeordnet
sein.
Weiterhin sind Ausgestaltungen mit beliebigen Federtypen denk
bar.
Neben der im ersten Ausführungsbeispiel gezeigten Ansteuerung
der Spule mittels eines Gleichstromes kann die Stromstärke in
der Spule geregelt werden. Da die Induktivität der Spule einen
unmittelbaren Rückschluß auf die Stellung des Ankermagneten zu
läßt, läßt sich in Kenntnis der aktuellen Induktivität bestim
men, ob sich der Schaltkörper im ersten Zustand oder im zweiten
Zustand befindet. Um die Verlustleistung und somit die thermi
sche Belastung der Spule nach Erreichen des zweiten Zustands zu
vermindern, kann im zweiten Zustand die Stromstärke herabge
setzt werden.
In einer weiteren Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Zahnrä
derwechselgetriebes wird die Verbindung zwischen der Schalt
stange bzw. der Schaltwelle und dem Schaltkörper aufgehoben,
wenn eine Gleichspannung an die Spule angelegt wird. Eine Feder
hält bei einem solchen Zahnräderwechselgetriebe die Verbindung
zwischen der Schaltstange und dem Schaltkörper aufrecht, solan
ge keine Gleichspannung an der Spule anliegt.
Anstatt einer Schaltgabel kann für sämtliche Ausgestaltungsbei
spiele auch eine Schaltschwinge verwendet werden.
In weiteren Ausgestaltungsformen ist es möglich, die Spulen
fest mit dem Getriebegehäuse zu verbinden, um Knickbewegungen
der stromführenden Leitungen, die mit einer gegenüber dem Ge
triebegehäuse unbeweglichen Spannungsversorgung verbunden sind,
zu verhindern.
Beispielsweise kann innerhalb eine Spule, die bewegungsfest an
dem Getriebegehäuse angebracht ist, ein Ankermagnet verschieb
lich angeordnet sein. Wird eine Gleichspannung an die Spule an
gelegt, so drückt der Ankermagnet gegen eine Koppelvorrichtung
eines Schaltkörpers, so daß dieser drehfest mit einer Schalt
welle verbunden ist. Der Kontakt zwischen dem Ankermagnet und
der Koppelvorrichtung bleibt aufrecht erhalten, solange eine
Gleichspannung an der Spule anliegt. Wird zum Wechsel der
Schaltstellung die Schaltwelle entlang deren Längsachse ver
schoben bzw. um diese gedreht, so bleibt der Kontakt ebenfalls
aufrecht erhalten, wobei zwischen dem Ankermagneten und der
Koppelvorrichtung Reibkräfte wirksam sind.
Bei einem weiteren Ausgestaltungsbeispiel mit einer fest am Ge
triebegehäuse angeordneten Spule verriegelt ein von der Spule
hervorgerufenes Magnetfeld eine Verriegelungsvorrichtung eines
Schaltkörpers berührungslos, wodurch mechanische Reibungsverlu
ste gegenüber dem zuvor genannten Beispiel verhindert werden.
Der im ersten Ausführungsbeispiel gezeigte Linearantrieb kann
als hydraulisches, als elektromechanisches oder als elektro
pneumatisches Stellglied ausgeführt sein.
Bei einem solchen hydraulischen Stellglied wirkt ein hydrauli
scher Druckspeicher über ein Stellventil auf einen Hydraulikzy
linder.
Ein elektromechanisches Stellglied umfaßt einen Elektromotor,
dem sich ein Getriebe anschließt, dessen Ausgangswelle mit ei
ner Kurbelwelle verbunden ist. Diese Kurbelwelle ist mittels
einer Pleuelstange mit der Schaltstange verbunden. Das Getriebe
kann dabei als Stirnrad, Schnecken-, oder Planetengetriebe aus
gestaltet sein.
Das elektrohydraulische Stellglied ist ähnlich dem elektrome
chanischem Stellglied ausgeführt, wobei die Pleuelstange mit
einem Geberzylinder gekoppelt ist, welcher hydraulisch mit ei
nem Nehmerzylinder verbunden ist. Ein Kolben dieses Nehmerzy
linder ist mit der Schaltstange verbunden.
Das Zahnräderwechselgetriebe kann als Doppelkupplungsgetriebe
mit zwei Teilgetrieben ausgestaltet sein. Ein solches Doppel
kupplungsgetriebe weist zwei parallel zur Antriebswelle ange
ordneten Abtriebswellen oder Vorgelegewellen auf. Dabei ist je
der der beiden Abtriebs- bzw. Vorgelegewellen eine Schaltstange
zugeordnet.
Claims (13)
1. Zahnräderwechselgetriebe (1) für ein Kraftfahrzeug mit einen
Getriebegehäuse (3) und zumindest einer Getriebewelle
(Antriebswelle 2), zu der Losräder (4, 5, 6, 7) koaxial und
drehbar sowie Schaltmuffen (12, 13) drehfest und axial ver
schieblich angeordnet sind, wobei mehrere mit den Schaltmuf
fen (12, 13) gekoppelte Schaltkörper (18, 19) gegenüber einer
Schaltstange (17) bewegbar sind, und wobei jedem der Schalt
körper (18, 19) eine separat elektrisch bestrombare Spule
(32) zugeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schaltstange (17) mittels eines Stellgliedes
(Linearantrieb 52) gegenüber dem Getriebegehäuse (3) in einer
Bewegungsrichtung beweglich ist, und daß die Schaltkörper
(18, 19) jeweils zwei Zustände aufweisen, wobei die Schalt
stange (17) in der besagten Bewegungsrichtung gegenüber dem
jeweiligen Schaltkörper (18, 19) im ersten Zustand beweglich
ist, und die Schaltstange (17) mit dem jeweiligen Schaltkör
per (18, 19) im zweiten Zustand mittels einer elektromagne
tisch betätigbaren Koppelvorrichtung (Ankermagnet 31), welche
im magnetischen Einflußbereich einer Spule (32) angeordnet
ist, bewegungsfest gekoppelt ist.
2. Zahnräderwechselgetriebe (101, 201) für ein Kraftfahrzeug
mit einen Getriebegehäuse (103, 203) und zumindest einer Ge
triebewelle (Antriebswelle 102, 202), zu der Losräder (104,
105, 204, 205) koaxial und drehbar sowie Schaltmuffen (112,
212) drehfest und axial verschieblich angeordnet sind, und
mit zumindest einer Schaltwelle (117, 217), die sich entlang
einer Längsachse (143, 243) erstreckt, wobei die Schaltwelle
(117, 217) an deren Umfang eine Führung (Außengewinde 150,
Führungsnut 245) mit einen Steigungswinkel gegenüber der
Längsachse (143, 243) aufweist, wobei mehrere mit den Schalt
muffen (128, 228) gekoppelte Schaltkörper (118, 218) koaxial
zur Schaltwelle (117, 217) angeordnet und entlang der Führung
(Außengewinde 150, Führungsnut 245) verschiebbar sind, wobei
jedem der beiden Schaltkörper (118, 218) eine separat elek
trisch bestrombare Spule (132, 232) zugeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schaltkörper (118, 218) jeweils eine elektromagne
tisch betätigbare Koppelvorrichtung (Ankermagnet 131, 231)
aufweisen, welche im magnetischen Einflußbereich der Spule
(132, 232) angeordnet ist, und daß die Schaltwelle (117, 217)
gegenüber dem Getriebegehäuse (103, 203) mittels eines Stell
gliedes (Elektromotor) um die Längsachse (143, 243) drehbe
weglich ist, und daß die Schaltkörper (118, 218) jeweils zwei
Zustände aufweisen, wobei die Schaltwelle (117, 217) frei
drehbar gegenüber dem jeweiligen im ersten Zustand befindli
chen Schaltkörper (118, 218) ist und die Koppelvorrichtung
(Ankermagnet 131, 231) des jeweiligen Schaltkörpers (118,
218) im zweiten Zustand in die Führung (Außengewinde 150,
Führungsnut 245) eingreift und mittels dieser zwangsgeführt
ist.
3. Zahnräderwechselgetriebe für ein Kraftfahrzeug nach Patent
anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schaltstange (17) bzw. die Schaltwelle (117, 217)
fünfwertig gegenüber dem Getriebegehäuse (3, 103, 203) gela
gert ist.
4. Zahnräderwechselgetriebe für ein Kraftfahrzeug nach Patent
anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Bewegungsrichtung in Längsrichtung der Schaltstange
(17) verläuft.
5. Zahnräderwechselgetriebe für ein, Kraftfahrzeug nach Patent
anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Bewegungsrichtung in Drehrichtung um eine Längsachse
der Schaltstange (Schaltwelle 317) verläuft.
6. Zahnräderwechselgetriebes für ein Kraftfahrzeug nach Patent
anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Spule (32, 132, 232, 323) am Schaltkörper (18, 118,
218, 318) bewegungsfest angeordnet ist.
7. Zahnräderwechselgetriebe für ein Kraftfahrzeug nach Patent
anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schaltstange (17) mit dem jeweiligen Schaltkörper
(18, 19) im zweiten Zustand formschlüssig und bewegungsfest
gekoppelt ist.
8. Zahnräderwechselgetriebe für ein Kraftfahrzeug nach Patent
anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Spule am Getriebegehäuse bewegungsfest angeordnet
ist.
9. Zahnräderwechselgetriebe für ein Kraftfahrzeug nach Patent
anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Führung ein Außengewinde (150) der Schaltwelle (117)
und der Eingriffskörper ein Innengewindesegment (137) ist.
10. Zahnräderwechselgetriebe für ein Kraftfahrzeug nach, Patent
anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Führung eine Führungsnut (245) mit einem unstetigen
Steigungswinkel ist.
11. Zahnräderwechselgetriebe für ein Kraftfahrzeug nach Patent
anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schaltkörper (18, 19) im ersten Zustand mit dem Ge
triebegehäuse (3) mittels Verriegelungen (20, 21) gekoppelt
sind.
12. Zahnräderwechselgetriebe für ein Kraftfahrzeug nach Patent
anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Verriegelungen (20, 21) jeweils drei Ausnehmungen
(Sacklochbohrungen) im Getriebegehäuse (3) umfassen, in wel
chen die Koppelvorrichtung (Ankermagnet 31) in der Bewegungs
richtung abstützbar ist, wobei jede der drei Ausnehmungen
(Sacklochbohrungen) mit einer Schaltstellung der betreffenden
Schaltmuffe (12 oder 13) korrespondiert.
13. Zahnräderwechselgetriebe für ein Kraftfahrzeug nach einem
der vorhergehenden Patentansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Zahnräderwechselgetriebe ein Doppelkupplungsgetriebe
mit zwei parallel versetzt zu einer Antriebswelle angeordne
ten Abtriebs- bzw. Vorgelegewellen ist.
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