DE19941568A1 - Walzenschaltung für Stirnradgetriebe - Google Patents

Abstract

Walzenschaltung für Stirnradgetriebe mit einer Schaltwalze zur Betätigung von Schaltgabeln, die jeweils einen zur Schaltwalze hin gerichteten Gleitstein besitzen, der in eine am Umfang der Schaltwalze ausgebildete Steuernut hineinragt und mit einem Aktuator in radialer Richtung bewegbar ist. Die Steuernuten sind in sich geschlossen und besitzen eine Kontur, die eine Bewegung des jeweiligen Gleitsteins aus einer Mittelstellung in zwei axial entgegengesetzte Endstellungen bewirkt. Die Steuernuten sind über die gesamte axiale Erstreckung ihrer Kontur in radialer Richtung abgestuft. Die Schaltwalze ist zur Verdrehung in einer Richtung antreibbar, und es ist ihr eine Drehwinkel-Meßeinrichtung zugeordnet. Eine Steuereinheit ist mit den Aktuatoren der Gleitschiene der einzelnen Schaltgabeln verbunden, um diese in Abhängigkeit vom Drehwinkel der Schaltwalze in der für die gewünschte Gangstufe erforderlichen Weise zu steuern.

Description

Die Erfindung betrifft eine Walzenschaltung für Stirnradgetriebe mit Zahn­ radpaarungen aus Fest- und Losrädern auf mindestens zwei parallelen Wellen und einer Schafteinrichtung zur formschlüssigen Kraftübertragung in Umfangsrichtung von mindestens einem Losrad mit einer Losradwelle, wobei die Schalteinrichtung aus Verbindungselementen besteht, durch die ein ausgewähltes Losrad gegenüber der Losradwelle festlegbar ist und diese Verbindungselemente über Schaltgabeln durch eine Schaltwalze betätigt werden, wobei jede Schaltgabel einen zur Schalt­ walze hin gerichteten Gleitstein besitzt, der in eine am Umfang der Schaltwalze aus­ gebildete Steuernut hineinragt und mit einem Aktuator bezüglich der Schaltwalze in im wesentlichen radialer Richtung bewegbar ist, wobei die Steuernuten der Schalt­ walze in radialer Richtung abgestuft sind und eine Kontur besitzen, die eine Bewe­ gung des jeweiligen Gleitsteins bezüglich der Längsachse der Schaltwalze aus einer Mittelstellung in zwei entgegengesetzte Endstellungen bewirkt, und wobei Rastmittel vorgesehen sind, um die Schaltgabeln in der Mittelstellung und in den beiden End­ stellungen lösbar zu arretieren.

Eine derartige Walzenschaltung ist in der EP 0 741 258 B1 beschrieben. Bei dieser bekannten Walzenschaltung erstrecken sich die Steuernuten über einen Winkel von weniger als 360°, und die Schaltwalze wird zum Hinauf- und Herunter­ schalten in entgegengesetzten Drehrichtungen angetrieben. Damit die Schaltwalze in jeder Gangstufe in die Neutralstellung verdreht werden kann, ohne daß die dazwi­ schenliegenden Gänge sequentiell abfolgend eingelegt werden, ist vorgesehen, daß die Steuernuten über den axial mittleren Bereich ihrer Kontur in Radialrichtung ab­ gestuft sind. Anders ausgedrückt, es sind nur diejenigen Bereiche der Steuernuten abgestuft, die eine Auslenkung des Gleitsteins aus der Neutralstellung bewirken. Wenn die Schaltwalze in die Neutralstellung verdreht werden soll, dann werden diejenigen Gleitsteine, die sich bereits in der Neutralstellung befinden, mit den zu­ gehörigen Aktuatoren etwas angehoben, so daß sie sich auf der Höhe der Stufe der Steuernut befinden und von der Kontur dieser Steuernut nicht beeinträchtigt werden. Auf ähnliche Weise kann von einer Gangstufe in eine andere Gangstufe geschaltet werden, wobei eine oder mehrere dazwischen liegende Gangstufen übersprungen werden. Bei dieser bekannten Walzenschaltung kann aber bei einer Verdrehung der Schaltwalze eine axiale Bewegung nur solcher Schaltgabeln unterdrückt werden, die sich in der Neutralstellung befinden. Diese bekannte Walzenschaltung ist daher für Gruppenschaltgetriebe weniger geeignet, bei denen in allen Vorwärtsgängen stets zwei Losräder mit der zugeordneten Losradwelle formschlüssig verbunden sind. Wenn bei einem Gruppenschaltgetriebe eine Gangstufe übersprungen werden soll, dann kann der Fall eintreten, daß ein in der augenblicklichen Gangstufe (Quellgang) mit der Losradwelle formschlüssig verbundenes Losrad auch in der angestrebten Gangstufe (Zielgang) formschlüssig verbunden bleiben soll. Bei der bekannten Aus­ bildung der Steuernut würde die zugeordnete Schaltgabel aber zwangsläufig zu­ nächst in die Neutralstellung und anschließend wieder in die Einrückstellung bewegt werden. Im Vergleich zu einem normalen Stirnradgetriebe erfordert ein Gruppen­ schaltgetriebe einen größeren Durchmesser der Schaltwalze, weil eine Verdrehung eine Vielzahl von Positionen der Schaltgabeln verwirklichen muß. Es sind daher ent­ sprechend lange Steuerkurven erforderlichen, weil viele Schaltpositionen durchfahren werden müssen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Walzen­ schaltung dahingehend zu verbessern, daß sie auch für Gruppenschaltgetriebe ge­ eignet ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Steuernuten in sich geschlossen sind und über die gesamte axiale Erstreckung ihrer Kontur in radialer Richtung abgestuft sind, daß die Kontur der Steuernuten einen sich von der größten Breite zur axialen Mitte hin verjüngenden Zentrierbereich umfaßt, daß die Schaltwalze zur Verdrehung in einer Richtung antreibbar ist, daß der Schaltwalze eine Drehwinkel-Meßeinrichtung zugeordnet ist, daß eine den jeweils eingelegten Gang ermittelnde Einrichtung vorgesehen ist, und daß eine Steuereinheit vorgese­ hen ist, die mit der Drehwinkel-Meßeinrichtung und mit der Gangstufen-Ermittlungs­ einrichtung sowie mit den Aktuatoren der Gleitsteine der einzelnen Schaltgabeln verbunden ist.

Mit einer Umdrehung der Schaltwalze kann jeder beliebige Gang, einschließ­ lich Rückwärtsgang und Leerlaufposition geschaltet werden. Auch für eine Mehr­ fachschaltung muß kein "unbeteiligter" Gang durchfahren werden. Wenn die ge­ wünschte Gangstufe, d. h. der Zielgang fit einer entsprechenden Befehlseinrich­ tung eingegeben wird, dann ermittelt die Steuereinheit, welche Stellungen die Schaltgabeln in der gewünschten Gangstufe einnehmen müssen. Bei der oder den­ jenigen Schaltgabeln, die ihre augenblickliche Stellung beibehalten können, wird der Gleitstein aus der zugeordneten Steuernut zurückgezogen, so daß diese wirkungs­ los bleibt. Bei der- oder denjenigen Schaltgabeln, deren Axialstellung für den ge­ wünschten Gangwechsel geändert werden muß, wird der Gleitstein nur mit demjeni­ gen Bereich der zugeordnete Steuerkurve in Eingriff gebracht, der die gewünschte Bewegung der zugeordneten Schaltgabel bewirkt. Dies wird dadurch erreicht, indem der Aktuator dieses Gleitsteins in Abhängigkeit vom Drehwinkel der Schaltwalze betätigt wird.

Bei Mehrfachschaltungen ergibt sich ein Zeitvorteil, da die Zeitdauer zum Synchronisieren der dazwischenliegenden Gangstufen entfällt. Wenn ein Zahn­ radpaar sowohl im Quell- als auch im Zielgang im Kraftfluß liegt, dann muß dieser Gang nicht erst herausgenommen und erneut synchronisiert werden.

Die Gangstufen-Ermittlungseinrichtung kann beispielsweise von einer die Axialstellung der Schaltgabeln ermittelnden Einrichtung gebildet sein.

Da die für einen Schaltvorgang erforderlichen Bewegungen der Schaltgabel oder der Schaltgabeln jeweils durch eine volle Umdrehung der Schaltwalze bewirkt werden, können die Steuerkurven identisch ausgebildet sein. Die Schaltwalze kann daher aus mehreren identischen Abschnitten zusammengesetzt sein. Dabei ist es zweckmäßig, wenn die Trennfuge zwischen den einzelnen Abschnitten in der Mitte einer Steuernut verläuft.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Abschnitt einer Schaltwalze mit zwei Schaltgabeln,

Fig. 2 eine Abwicklung der Schaltwalze,

Fig. 3a einen Schnitt nach der Linie A-A,

Fig. 3b einen Schnitt nach der Linie B-B,

Fig. 4 eine Darstellung ähnlich wie Fig. 3b, wobei ein Gleitstein in der wirk­ samen und in der unwirksamen Stellung gezeigt ist,

Fig. 5 einen Querschnitt durch die Schaltwalze und eine Schaltgabel,

Fig. 6 eine gebaute Schaltwalze mit im Sinterverfahren hergestellten Seg­ menten, und

Fig. 7 ein Blockschaltbild der Steuerung der Walzenschaltung.

Fig. 1 zeigt eine Schaltwalze 1 mit darauf geführten Schaltgabeln 2. Jede Schaltgabel 2 kann durch Verschieben auf der Schaltwalze 1 nach links oder nach rechts jeweils über eine nicht gezeigte Schalteinrichtung ein nicht gezeichnetes Losrad auf der nicht gezeichneten Losradwelle festlegen. Dadurch wird die jeweils gewünschte Gangstufe des Schaltgetriebes eingelegt. In der Mittelstellung befindet sich jede Schaltgabel 2 in ihrer Neutralstellung. Sind alle Schaltgabeln 2 in dieser Neutralstellung, so ist kein Losrad festgelegt und deshalb keine Gangstufe einge­ legt. Es sind (nicht gezeigte) Rastmittel vorgesehen, um die Schaltgabeln 2 in der Mittelstellung und in den beiden Endstellungen lösbar zu arretieren. Die gezeichnete Schaltwalze 1 für ein Kraftfahrzeuggetriebe ist für drei Schaltgabeln 2, wovon eine nicht gezeichnet ist, zum Schalten von fünf Vorwärts- und einem Rückwärtsgang vorgesehen.

Wie aus Fig. 5 hervorgeht, ist in der Nabe jeder Schaltgabel 2 ein Führungs­ stift oder ein Gleitstein 5 radial verschiebbar gelagert. Dieser Gleitstein 5 ragt in eine Steuernut 3 hinein, die sich um den gesamten Umfang der Schaltwalze 1 erstreckt. Dem Gleitstein 5 ist ein Aktuator 6 zugeordnet, so daß er gegenüber der Schalt­ walze 1 in radialer Richtung zwischen zwei Endstellungen bewegt werden kann, wie dies nachfolgend noch näher erläutert wird. Die Bewegung des Gleitsteins kann z. B. mechanisch, hydraulisch oder elektromagnetisch erfolgen.

In Fig. 1 ist nur die Steuernut 3 der Schaltwalze 1 für die nicht dargestellte Schaltgabel sichtbar. Die beiden anderen Steuernuten 3 für die gezeigten Schalt­ gabeln 2 sind nicht sichtbar, da sie von den Schaltgabeln völlig umgriffen werden, sie sind aber mit der gezeigten Steuernut 3 identisch. Die Steuernut 3 hat in Längs- und Umfangsrichtung der Schaltwalze 1 eine bestimmte Kontur, die aus der Ab­ wicklung nach Fig. 2 ersichtlich ist. In Drehrichtung der Schaltwalze gesehen mün­ det ein trichterförmiger Zentrierbereich 3a iin einen mittleren Bereich 3b, der in einen rechten seitlichen Bereich 3c übergeht. An den rechten seitlichen Bereich 3c schließt sich wiederum ein mittlerer Bereich 3b an, der in einen linken seitlichen Be­ reich 3d übergeht. Der linke seitliche Bereich 3d mündet in das erweiterte Ende des Zentrierbereichs 3a. Wie aus den Axialschnitten nach Fig. 3a und 3b hervorgeht, ist am Umfang der Schaltwalze 1 eine radiale Stufe 4 ausgebildet, die sich über die ge­ samte axiale Erstreckung der Steuernut 3 erstreckt. Mit anderen Worten die Stufe 4 bildet die rechte und die linke Begrenzung des Zentrierbereichs 3a und des rechten und des linken seitlichen Bereichs 3c und 3d der Steuernut 3. Wenn der Gleitstein 5 in die Steuernut 3 eingreift, wie in der rechten Bildhälfte von Fig. 4 gezeigt, dann würde er bei einer vollen Umdrehung der Schaltwalze 1 zwangsweise über die mitt­ lere Stellung hinaus nach rechts und nach links verlagert werden. Wenn der Gleit­ stein 5 jedoch aus der Steuernut 3 heraus angehoben ist, wie in der linken Bildhälfte von Fig. 4 gezeigt, dann behält er seine jeweilige Axialstellung unabhängig von einer Verdrehung der Schaltwalze 1 bei.

Der dem Gleitstein 5 zugeordnete Aktuator 6 wird in der Weise gesteuert, daß der Gleitstein 5 bei einer vollen Umdrehung der Schaltwalze 1 nur mit demjenigen Be­ reich der Steuernut in Eingriff gelangt, der die für den angestrebten Schaltvorgang erforderliche Axialbewegung des Gleitsteins 5 und damit der Schaltgabel 2 bewirkt. In den übrigen Bereichen der Steuernut 3 wird der Gleitstein 5 mit dem Aktuator 6 aus der Steuernut 3 herausgezogen, so daß diese unwirksam ist. Wie bereits er­ wähnt, sind alle Steuernuten 3 identisch ausgebildet, sie können aber phasenver­ schoben sein. Wesentlich ist, daß die Schaltwalze 1 zur Durchführung jedes Schalt­ vorgangs um 360° verdreht wird. Die für den Schaltvorgang erforderliche oder nicht erforderliche axiale Bewegung der drei Schaltgabeln wird dadurch erreicht, daß der zugeordnete Gleitstein nur mit dem diese Axialbewegung bewirkenden Bereich der zugeordneten Steuernut 3 in Eingriff gebracht wird. Die hierfür erforderliche Steue­ rung der den Gleitsteinen 5 zugeordneten Aktuatoren 6 ist in Fig. 7 schematisch dargestellt. Eine elektronische Steuereinheit 7 ist mit einer den Drehwinkel der Schaltwalze messenden Einrichtung 8 und mit einer die jeweils eingelegte Gang­ stufe ermittelnden Einrichtung 9 verbunden. Mit einer Befehlseinrichtung 10, die ein herkömmliches Schaltbild nach H-Muster oder ein sequentielles Schaltbild aufwei­ sen kann, wird der Steuereinheit 7 ein elektrischer Steuerbefehl erteilt, die ge­ wünschte Gangstufe einzulegen. Die Steuereinheit 7 stellt sodann fest, welche der 3 Schaltgabeln bei der derzeitigen Gangstufe in welcher Weise axial verstellt werden müssen. Falls eine der drei Schaltgabeln ihre derzeitige Stellung beibehalten kann, dann wird der zugeordnete Aktuator 6 angesteuert, um den betreffenden Gleitstein 5 aus der Steuernut 3 herauszuziehen. Die anderen Aktuatoren werden in Abhängig­ keit vom Drehwinkel der Schaltwalze 1 so gesteuert, daß der zugeordnete Gleitstein 5 nur mit demjenigen Bereich der Steuernut 3 in Eingriff gelangt, der die erforder­ liche Axialbewegung des Gleitsteins 5 und der zugeordneten Schaltgabel 2 bewirkt. Nach Durchführung dieser Axialbewegung wird der Gleitstein 5 mit dem Aktuator 6 aus der Steuernut 3 zurückgezogen, so daß er die eingenommene Axialstellung unabhängig vom weiteren Verlauf der Steuernut beibehält.

Es ist erkennbar, daß durch dieses gezielte in und außer Eingriff bringen der Gleitsteine 5 mit der zugeordneten Steuernut 3 durch eine volle Umdrehung der Schaltwalze 1 jede gewünschte axiale Verschiebung oder auch Beibehaltung der Position der drei Schaltgabeln bewirkt werden kann. Demzufolge ist es möglich, aus jeder Gangstufe unmittelbar in den Leergang zu schalten oder von einer Gangstufe in eine andere zu schalten, wobei die dazwischenliegenden Gangstufen übersprun­ gen werden. Da die Steuernuten 3 in sich geschlossen sind, kann die Schaltwalze 1 auch um mehr als 360° verdreht werden, sie könnte beispielsweise zeitweilig oder ständig verdreht werden, um ein Hilfsaggregat, wie z. B. einen Verdichter, mit kon­ stanter Drehzahl anzutreiben.

In Fig. 6 ist eine aus vier Segmenten 12a, 12b, 12c, 12d bestehende Schalt­ walze 1 dargestellt. Die einzelnen Segmente sind im Sinterverfahren hergestellt, wobei die Trennfugen 14 in jeder Steuernut 3 liegen. Ein Gewindestift 11 zentriert und verspannt die vier Segmente 12a, 12b, 12c, 12d. Eine Verdrehsicherung zwi­ schen den einzelnen Segmenten 12 wird durch jeweils zwei gegenüberliegende Klauen 13 erreicht.

Bezugszeichenliste

1

Schaltwalze

2

Schaltgabel

3

Steuernut

3

a Zentrierbereich

3

b mittlerer Bereich

3

c rechter seitlicher Bereich

3

d linker seitlicher Bereich

4

Stufe

5

Gleitstein

6

Aktuator

7

Steuereinheit

8

Drehwinkel-Meßeinrichtung

9

Gangstufen-Ermittlungseinrichtung

10

Schaltbefehleinrichtung

11

Gewindestift

12

Segmente

13

Klauen

14

Trennfuge

Claims (5)

1. Walzenschaltung für Stirnradgetriebe mit Zahnradpaarungen aus Fest- und Losrädern auf mindestens zwei parallelen Wellen und einer Schalteinrichtung zur formschlüssigen Kraftübertragung in Umfangsrichtung von mindestens einem Losrad mit einer Losradwelle, wobei die Schalteinrichtung aus Verbindungselementen be­ steht, durch die ein ausgewähltes Losrad gegenüber der Losradwelle festlegbar ist und diese Verbindungselemente über Schaltgabeln durch eine Schaltwalze betätigt werden, wobei jede Schaltgabel einen zur Schaltwalze hin gerichteten Gleitstein be­ sitzt, der in eine am Umfang der Schaltwalze ausgebildete Steuernut hineinragt und mit einem Aktuator bezüglich der Schaltwalze in im wesentlichen radialer Richtung bewegbar ist, wobei die Steuernuten der Schaltwalze in radialer Richtung abgestuft sind und eine Kontur besitzen, die eine Bewegung des jeweiligen Gleitsteins bezüg­ lich der Längsachse der Schaltwalze aus einer Mittelstellung in zwei entgegenge­ setzte Endstellungen bewirkt, und wobei Rastmittel vorgesehen sind, um die Schalt­ gabeln in der Mittelstellung und in den Endstellungen lösbar zu arretieren, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuernuten (3) in sich geschlossen sind und über die gesamte axiale Erstreckung ihrer Kontur in radialer Richtung abgestuft sind, daß die Kontur der Steuernuten (3) einen sich von der größten Breite zur axialen Mitte hin verjüngenden Zentrierbereich (3a) umfaßt, daß die Schaltwalze (1) zur Verdrehung in einer Richtung antreibbar ist, daß der Schaltwalze (1) eine Drehwinkel-Meßein­ richtung (8) zugeordnet ist, daß eine den jeweils eingelegten Gang ermittelnde Ein­ richtung (9) vorgesehen ist und daß eine Steuereinheit (7) vorgesehen ist, die mit der Drehwinkel-Meßeinrichtung (8) und mit der Gangstufen-Ermittlungseinrichtung (9) sowie mit den Aktuatoren (6) der Gleitsteine (5) der einzelnen Schaltgabeln (2) verbunden ist.

2. Walzenschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gangstufen-Ermittlungseinrichtung von einer die Axialstellung der Schaltgabeln (2) ermittelnden Einrichtung (9) gebildet ist.

3. Walzenschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkurven (3) identisch ausgebildet sind.

4. Walzenschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltwalze (1) aus mehreren identischen Abschnitten (12) zusammengesetzt ist.

5. Walzenschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennfuge (14) zwischen den einzelnen Abschnitten (12) in der Mitte einer Steuernut (3) verläuft.