DE19920064C2 - 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 Zahnräderwechselgetriebe für ein Kraftfahrzeug gemäß dem
Oberbegriff von Anspruch 1 ist bereits aus der DE 43 35 754 A1
bekannt. Diese Schrift zeigt eine Getriebewelle, zu der Losrä
der koaxial und drehbar sowie Schaltmuffen drehfest und axial
verschieblich angeordnet sind. Dabei sind die Schaltmuffen je
weils mittels einer elektromagnetisch betätigbaren und in zwei
Stellungen verschieblichen Koppelvorrichtung mit einer Schalt
stange koppelbar. Die Koppelvorrichtungen sind in der ersten
Stellung gegenüber einer ausschließlich in einer Bewegungsrich
tung beweglichen Schaltstange bewegbar und in der zweiten Stel
lung in besagter Bewegungsrichtung gegenüber der Schaltstange
abgestützt.
Ein Zahnräderwechselgetriebe für ein Kraftfahrzeug gemäß dem
Oberbegriff von dem nebengeordneten Anspruch 2 ist bereits aus
der DE 195 16 651 A1 bekannt. Diese Schrift zeigt eine Getrie
bewelle, zu der Losräder koaxial und drehbar sowie Schaltmuffen
drehfest und axial verschieblich angeordnet sind. Ferner umfaßt
das Zahnräderwechselgetriebe eine gegenüber dem Getriebegehäuse
drehbewegliche Schaltwalze - bzw. Schaltwelle - mit gewundenen
Führungsnuten. Mehrere mit den Schaltmuffen gekoppelte Schalt
körper sind koaxial zur Schaltwalze angeordnet und entlang der
Führungsnuten verschiebbar. Eine elektrisch betätigbare Koppel
vorrichtung ist in einem ersten Zustand gegenüber der Schalt
walze bewegbar. In einem zweiten Zustand greift die Koppelvor
richtung in die Führungsnut der Schaltwalze ein und ist somit
zwangsgeführt.
Ferner ist ein Zahnräderwechselgetriebe für ein Kraftfahrzeug
aus der DE 41 05 157 A1 bekannt. Bei diesem ist eine Schaltwel
le 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 Innengewindeabschnitt
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 Linearbewegungen entlang
der Schaltwelle ausführen. Da der Schaltkörper unmittelbar in
eine Schaltmuffe eingreift, kann infolge dieser Schraubbewegun
gen eine formschlüssige Verbindung zwischen einem Losrad und
der Getriebewelle geschaffen werden.
Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein kostengünstiges
Zahnräderwechselgetriebe zu schaffen, bei welchem eine Freiheit
bei der Auswahl der zu schaltenden Schaltmuffen bei Verwirkli
chung einer einfachen Verriegelung in jeder der drei möglichen
Schaltstellungen geschaffen ist.
Die erläuterte Aufgabe ist gemäß der Erfindung mit den
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 eine einfache Verriegelung gegenüber dem Ge
triebegehäuse in jeder der drei möglichen Schaltstellungen ge
schaffen ist. Ferner ist in vorteilhafter Weise die Schaltkraft
für sämtliche Schaltmuffen mittels eines einzigen Stellgliedes
aufbringbar, welches ausschließlich in einer Bewegungsrichtung
(Linear oder Drehung) beweglich ist.
Patentanspruch 1 sieht dafür neben drei Ausnehmungen im Getrie
begehäuse zur Aufnahme der Koppelvorrichtung eine Schaltstange
vor, die mittels des Stellgliedes in dessen Bewegungsrichtung
(Linear oder Drehung) gegenüber Schaltkörpern, welche sich in
einem ersten Zustand befinden, beweglich ist. Die Schaltkörper
sind in einem zweiten Zustand mit der Schaltstange gekoppelt.
Die Überführung des Schaltkörpers vom ersten in den zweiten Zu
stand erfolgt dabei elektromagnetisch mittels einer Spule und
der Koppelvorrichtung.
Patentanspruch 2 stellt eine alternative Lösung dar, die neben
drei Ausnehmungen im Getriebegehäuse zur Aufnahme der Koppel
vorrichtung eine Schaltwelle mit einer Führung - wie beispiels
weise ein Außengewinde - aufweist. Die Schaltkörper weisen
ebenfalls zwei Zustände auf, wobei im zweiten Zustand die Kop
pelvorrichtung in die Führung eingreift. Da die Führung einen
Steigungswinkel gegenüber einer Längsachse der Schaltwelle auf
weist, wird eine Drehbewegung der Schaltwelle in eine Linearbe
wegung des jeweiligen Schaltkörpers entlang der Längsachse um
gewandelt, wenn sich dieser im zweiten (gekoppelten) Zustand
befindet.
Patentanspruch 3 zeigt ein vorteilhafte Ausgestaltung der Er
findung, die die Verwendung von linearen Antrieben, wie bei
spielsweise Hydraulikzylindern, ermöglicht.
Die Ausführung der Erfindung gemäß Patentanspruch 4 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 6 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 7 zeigt eine Ausgestaltung der Erfindung, mit
tels derer Knickbewegungen der stromführenden Leitungen verhin
dert werden.
Die Ausgestaltung der Erfindung gemäß Patentanspruch 9 ermög
licht es, bei Schaltvorgängen mit unterschiedlichen Schaltpha
sen, jeder Schaltphase eine Verfahrgeschwindigkeit der Schalt
muffe bzw. eine Schaltkraft zuzuordnen.
Patentanspruch 10 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 Ankerma
gneten 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 Ankerma
gnet 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
Losrad 4 und der Antriebswelle 2 schafft ist der erste Gang
eingelegt.
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 (10)
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
verschieblich angeordnet sind, wobei mehrere mit den
Schaltmuffen (12, 13) gekoppelte Schaltkörper (18, 19)
jeweils eine elektromagnetisch betätigbare und in zumindest
zwei Stellungen verschiebliche Koppelvorrichtung (Ankermagnet
31) umfassen, welche in der ersten Stellung gegenüber einer
ausschließlich in einer Bewegungsrichtung beweglichen
Schaltstange (17) bewegbar und in der zweiten Stellung in
besagter Bewegungsrichtung gegenüber der Schaltstange (17)
abgestützt sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schaltkörper (18, 19) in der ersten Stellung mit dem
Getriebegehäuse (3) mittels Verriegelungen (20, 21) gekoppelt
sind, wobei diese Verriegelungen (20, 21) jeweils drei
Ausnehmungen (Sacklochbohrungen) im Getriebegehäuse (3)
umfassen, in welchen die Koppelvorrichtung (Ankermagnet 31)
in der besagten Bewegungsrichtung abstützbar ist, wobei jede
der drei Ausnehmungen (Sacklochbohrungen) mit einer
Schaltstellung der betreffenden Schaltmuffe (12 oder 13)
korrespondiert.
2. Zahnräderwechselgetriebe (101, 201) für ein Kraftfahrzeug
mit einen Getriebegehäuse (103, 203) und zumindest einer
Getriebewelle (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 gegenüber dem Getriebegehäuse (103, 203)
mittels eines Stellgliedes (Elektromotor) um die Längsachse
(143, 243) drehbeweglichen 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 einem Steigungswinkel
gegenüber der Längsachse (143, 243) aufweist, wobei mehrere
mit den Schaltmuffen (128, 228) gekoppelte Schaltkörper (118,
218) koaxial zur Schaltwelle (117, 217) angeordnet und
entlang der Führung (Außengewinde 150, Führungsnut 245)
verschiebbar sind, wobei eine elektrisch betätigbare
Koppelvorrichtung (Ankermagnet 131, 231) in einem ersten
Zustand gegenüber der Schaltwelle (117, 217) bewegbar und in
einem zweiten Zustand in die Führung (Außengewinde 150,
Führungsnut 245) der Schaltwelle (117, 217) eingreift und
mittels dieser zwangsgeführt ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schaltkörper (118, 218) in der ersten Stellung mit
dem Getriebegehäuse (103, 203) mittels Verriegelungen
gekoppelt sind, wobei diese Verriegelungen jeweils drei
Ausnehmungen (Sacklochbohrungen) im Getriebegehäuse (103,
203) umfassen, in welchen die Koppelvorrichtung (Ankermagnet
131, 231) abstützbar ist, wobei jede der drei Ausnehmungen
(Sacklochbohrungen) mit einer Schaltstellung der betreffenden
Schaltmuffe (12 oder 13) korrespondiert.
3. Zahnräderwechselgetriebe für ein Kraftfahrzeug nach
Patentanspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Bewegungsrichtung in Längsrichtung der Schaltstange
(17) verläuft.
4. Zahnräderwechselgetriebe für ein Kraftfahrzeug nach
Patentanspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Bewegungsrichtung in Drehrichtung um eine Längsachse
der Schaltstange (Schaltwelle 317) verläuft.
5. Zahnräderwechselgetriebes für ein Kraftfahrzeug nach
Patentanspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Spule (32, 132, 232, 323) zu besagter elektrischer
bzw. elektromagnetischer Betätigbarkeit am Schaltkörper (18,
118, 218, 318) bewegungsfest angeordnet ist.
6. Zahnräderwechselgetriebe für ein Kraftfahrzeug nach
Patentanspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schaltstange (17) mit dem jeweiligen Schaltkörper
(18, 19) im zweiten Zustand formschlüssig und bewegungsfest
gekoppelt ist.
7. Zahnräderwechselgetriebe für ein Kraftfahrzeug nach
Patentanspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Spule zu besagter elektrischer bzw.
elektromagnetischer Betätigbarkeit am Getriebegehäuse
bewegungsfest angeordnet ist.
8. Zahnräderwechselgetriebe für ein Kraftfahrzeug nach
Patentanspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Führung ein Außengewinde (150) der Schaltwelle (117)
und der Eingriffskörper ein Innengewindesegment (137) ist.
9. Zahnräderwechselgetriebe für ein Kraftfahrzeug nach
Patentanspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Führung eine Führungsnut (245) mit einem unstetigen
Steigungswinkel ist.
10. Zahnräderwechselgetriebe für ein Kraftfahrzeug nach einem
der vorhergehenden Patentansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Zahnräderwechselgetriebe ein Doppelkupplungsgetriebe
mit zwei parallel versetzt zu einer Antriebswelle
angeordneten Abtriebs- bzw. Vorgelegewellen ist.
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