DE4113815B4

DE4113815B4 - Stufenwechselgetriebe für Fahrzeuge

Info

Publication number: DE4113815B4
Application number: DE19914113815
Authority: DE
Inventors: Ludwig Dipl.-Ing. Prüß; Günter Dipl.-Ing. Uhlig; Fritz Blumenstein
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1990-05-09
Filing date: 1991-04-27
Publication date: 2007-04-12
Anticipated expiration: 2011-04-28
Also published as: DE4113815A1

Abstract

Stufenwechselgetriebe (1) für Fahrzeuge mit
– einer Getriebeeinganswelle (13),
– einer Getriebeausgangswelle (4),
– den einzelnen Getriebegängen zugeordneten Paaren (2, 3) von Gangzahnädern, von denen jeweils eines als Festrad auf einer der beiden Getriebewellen (13, 4) und eines als Losrad auf der anderen Getriebewelle gehalten ist,
– einer außen verzahnten Ritzelschiebemuffe (9), die zwischen den Gangzahnradpaaren (2, 3) des ersten und zweiten Ganges angeordnet ist,
– einem Rückwärtsgangschaltrad (10), das zum Einlegen des Rückwärtsganges achsparallel zur Getriebeeingangswelle (13) in die Außenverzahnung (8) der Ritzelschiebemuffe (9) hineinverschiebbar ist,
– einer hydraulischen Betätigungseinrichtung (15) zur Verstellung der Ritzelschiebemuffe (9),
– einer Stelleinrichtung (43) zur Verschiebung des Rückwärtsgangschaltrades (10), und
– einer Gangwähleinrichtung (44),
dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen (45, 46, 48, 27) vorgesehen sind, die bei der Wahl des Rückwärtsganges an der Gangwähleinrichtung (44) zunächst eine Blockierung der hydraulischen Betätigungseinrichtung (15) in einer die...

Description

Die Erfindung betrifft ein Stufenwechselgetriebe für Fahrzeuge gemäß dem Oberbegriff des Patentsanspruchs 1.
Stufenwechselgetriebe der gattungsgemäßen Art sind im Kraftfahrzeugbau allgemein bekannt. Beim Einlegen des Rückwärtsganges kann bei ungünstiger Zahn-Vor-Zahnstellung zwischen der Außenverzahnung der Ritzelschiebemuffe und dem Rückwärtsgangschaltrad die Ritzelschiebemuffe aus ihrer Neutralposition in Richtung des zweiten Gangrades geschoben werden. Dadurch besteht die Gefahr, dass statt des Rückwärtsganges der zweite Gang eingelegt wird. Es ist aber auch denkbar, dass der Rückwärtsgang und der zweite Gang dann gleichzeitig eingelegt sind, so dass eine Triebstrangverspannung entstehen würde.

Weiterhin ist im Stand der Technik ein Stufenwechselgetriebe bekannt ( DE 32 31 023 A1 ), bei dem eine zur Betätigung des ersten und zweiten Ganges verschiebbare Schiebemuffe mit einem weiteren Ritzel in Eingriff bringbar ist, vzw. um einen Rückwärtsgang funktional zu realisieren. Dies ist noch nicht optimal, da hierdurch denkbar ist, dass sowohl der Rückwärtsgang und einer der Vorwärtsgänge eingelegt sind, so dass eine Triebstrangverspannung entstehen könnte.

Der Lehre der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, dass eingangs genannte Stufenwechselgetriebe derart auszugestalten und weiterzubilden, dass die Möglichkeit von Fehlschaltung und/oder Triebverspannungen, insbesondere bei ungünstiger Zahn-Vor-Zahnstellung zwischen Ritzelschiebemuffe und Rückwärtsgangschaltrad weitestgehend auf kostengünstige Weise vermieden ist.

Die zuvor aufgezeigt Aufgabe wird nun durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche enthalten zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.

Besonders vorteilhaft ist der Einsatz dieser Erfindung bei Getrieben, wie sie beispielsweise aus der DE-OS 39 18 170 bekannt sind. Dort wird eine Schiebemuffe beschrieben, die federelastisch in einer Neutralstellung zwischen zwei Gangzahnrädern gehalten wird und über einen Synchronkörper drehfest mit der zugehörigen Getriebewelle verbunden ist. Zum Einlegen des jeweiligen Ganges wird die Schiebemuffe durch eine dort nicht näher beschriebene Betätigungseinrichtung entgegen der Wirkung von Federrückstellkräften mit dem entsprechenden Gangzahnrad formschlüssig verbunden, so dass eine Momentübertragung möglich wird.

Ein besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist schematisch in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt

1: einen Ausschnitt aus einem Stufenwechselgetriebe mit einer hydraulischen Betätigungseinrichtung zur Verschiebung der Ritzelschiebemuffe und einer mechanischen Stelleinrichtung zur Verschiebung des Rückwärtsgangschaltrades,

2 und 3 unterschiedliche Schaltzustände der die Ritzelschiebemuffe beaufschlagenden Betätigungseinrichtung gemäß 1.

Man erkennt in 1 ausschnittsweise ein Stufenwechselgetriebe 1, dessen hier wesentliche Elemente ein Gangzahnradpaar 2 für den ersten Gang, ein Gangzahnradpaar 3 für den zweiten Gang, ein zwischen den Gangzahnradpaaren 2 und 3 verdrehfest auf einer Getriebeausgangswelle 4 angeordneter Synchronkörper 5, eine über Federelemente 6 und 7 am Synchronkörper 5 abgestützte und mit einer Außenverzahnung 8 versehene Ritzelschiebemuffe 9 sowie ein Rückwärtsgangschaltrad 10, das axial verschieblich und verdrehfest auf einer Nebenwelle 11 gehalten ist, sind. Die Nebenwelle 11 weist ein Festrad 12 auf, das mit einem auf einer Getriebeeingangswelle 13 angeordneten Festrad 14 des Gangzahnradpaares 2 kämmt. Da die Nebenwelle 11 nicht Bestandteil einer aus der Getriebeeingangswelle 13 und der Getriebeausgangswelle 4 gebildeten Ebene ist, wird aus Gründen der übersichtlichkeit in der Zeichnung die Ebene der Nebenwelle 11 in diese Ebene transformiert. Der transformierte Bereich befindet sich innerhalb der dünnen geschlossenen Linie.
Die Betätigungseinrichtung zur Beaufschlagung der Ritzelschiebemuffe 9 ist eine insgesamt mit 15 bezeichnete Hydraulikvorrichtung, deren wesentliche Elemente innerhalb des strichpunktiert umrandeten Bereiches in der Zeichnung dargestellt sind. Dabei ist mit 16 ein Druckmittelvorratsbehälter, mit 17 ein erstes Filter, mit 18 eine Pumpe, mit 19 ein Rückschlagventil und mit 20 ein zweites Filter angegeben. 21 stellt ein in einer Rückführungsleitung 22 angeordnetes Druckbegrenzungsventil dar, das bei überschreiten eines vorgegebenen maximalen Druckes in der mit 23 bezeichneten zentralen Druckmittelversorgungsleitung öffnet und ein Teil des Druckmittels wieder auf die Saugseite der Pumpe 18 zurückführt. 24 stellt einen Druckmittelspeicher, beispielsweise einen Membranspeicher, dar.
Von der zentralen Druckmittelversorgungsleitung 23 zweigen zunächst Druckmittelzuführungsleitungen 25 und 26 ab, die zu einem insgesamt mit 27 bezeichneten Schiebeventil führen. In diesen Druckmittelzuführungsleitungen 25, 26 sind Ventilvorrichtungen angeordnet, die durch zwei 2/2-Schaltventile 28, 29 gebildet sind. Diese entgegen der Wirkung einer Feder elektromagnetisch betätigbaren Schaltventile 28, 29 verbinden in einer Stellung die Druckmittelzuführungsleitung 25 bzw. 26 mit der zentralen Druckmittelversorgungsleitung 23 bzw. versperren diese Verbindung in einer zweiten Schaltstellung. Bei der in der Zeichnung gezeigten Darstellung stehen diese Schaltventile 28, 29 in ihrer stromlosen Ausgangsstellung, bei der sie die Verbindung zwischen den Druckmittelzuführungsleitungen 25, 26 mit der zentralen Druckmittelversorgungsleitung 23 unterbrechen. Erst bei Strombeaufschlagung eines der beiden Schaltventile 28 bzw. 29 erfolgt eine Umschaltung in eine Stellung, bei der die zentrale Druckmittelversorgungsleitung 23 mit der zugehörigen Druckmittelzuführungsleitung 25 bzw. 26 verbunden ist.
Die Druckmittelzuführungsleitungen 25, 26 führen, wie bereits angegeben, zu dem Schieberventil 27, das bei der hier gezeigten Ausführung von seinen Enden her von zwei elektromagnetischen Stellvorrichtungen 30, 31 entgegen der Wirkung von Federn 32, 33 verstellbar ist. Bei der in der Zeichnung gezeigten Mittelstellung des Schieberventils 27 sind beide elektromagnetischen Stellvorrichtungen 30, 31 abgeschaltet, so daß die Mittelstellung allein durch die Federn 32, 33 bestimmt ist. In dieser Mittelstellung des Schieberventils 27 ist die Druckmittelzuführungsleitung 25, die sich vor dem Schieberventil 27 verzweigt, über einen Zweig mit einer Zuleitung 34 verbunden, die zu einem hier nur schematisch angedeuteten Stellmotor M führt. Dieser Stellmotor M dient in dem gezeigten Ausführungsbeispiel zur Betätigung einer an dem Antriebsmotor angreifenden Bremse, mittels derer bei unterbrochenem Antriebsstrang die in der Zeichnung nur ausschnittsweise dargestellten, formschlüssig miteinander zu verbindenden Getriebeglieder beim Hochschalten synchronisiert werden.
Die zweite Druckmittelzuführungsleitung 26 ist über einen ihrer Zweige mit einer Zuleitung 35 verbunden, die an einen Stellmotor S5 zur Betätigung des fünften Ganges des Getriebes angeschlossen ist. Druckräume S1, S2 eines doppelt wirkenden Schaltkolben 36 sind über Zuleitungen 37 bzw. 38 durch das Schieberventil 27 mit den Druckmittelzuführungsleitungen 25 bzw. 26 verbindbar. Entsprechend sind Druckräume S3, S4 eines nicht weiter dargestellten, ebenfalls doppelt wirkenden Schaltkolbens über Zuleitungen 39 bzw. 40 durch das Schieberventil 27 mit den Druckmittelzuführungsleitungen 26 bzw. 25 verbindbar. Wie aus der Zeichnung weiter ersichtlich ist, sind die Zuleitungen 34, 35 sowie 37–40 durch entsprechende Verstellung des Schieberventils 27 auch mit einer Entlüftungsleitung 41 verbindbar, die das Druckmittel zu dem Vorratsbehälter 16 zurückführt und in der somit Atmosphärendruck herrscht. Die mit der Entlüftungsleitung 41 jeweils verbundenen Druckräume sind dann also entlastet.
Der hydraulisch betätigte Schieberkolben 36 ermöglicht über ein hier ebenfalls nur schematisch angedeutetes Hebelwerk 42 eine Verstellung der Ritzelschiebemuffe 9 in zwei Richtungen. Die Verschiebung des Rückwärtsgangschaltrades 10 erfolgt über eine mechanische Stelleinrichtung 43, die einer Gangwähleinrichtung 44 zugeordnet ist. Mit Hilfe eines Wählhebels 45 können unterschiedliche Fahrstufen angewählt werden. Beim Einlegen des Rückwärtsganges (Verstellung des Wählhebels in Position R) ist ein elektrischer Kontakt 46 aktivierbar, der über eine Leitung 47 mit einer elektrischen Steuereinheit 48 verbunden ist. über eine weitere Leitung 49 ist die Steuereinheit 48 mit der Gangwähleinrichtung 44 derart verbunden, daß ihr die jeweilige Position des Wählhebels 45 in den Stellungen N, D, 4, 3, 2, 1 jeweils gemeldet wird. Die elektromagnetischen Stellvorrichtungen 30, 31 sind über elektrische Leitungen 50, 51 (aus übersichtlichkeitsgründen in der Zeichnung durch die Leitungsabschnitte 51.1 und 51.2 dargestellt) mit der Steuereinrichtung 48 verbunden. Durch diese werden über weitere elektrische Leitungen 52, 53 auch die Schaltventile 28, 29 gesteuert.
Die 2 und 3 enthalten in identischer übereinstimmung mit der 1 sämtliche Elemente der Hydraulikvorrichtung 15. Dementsprechend stimmt auch die Bezifferung dieser beiden Figuren mit der 1 überein. Es werden lediglich andere Schaltstellungen des Schieberventils 27 gezeigt. Darüber hinaus sind in 3 die Anschlüsse der Zuleitungen der Druckräume S2 und S4 gegenüber dem in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel miteinander vertauscht worden.
Bei einer Verstellung des Wählhebels 45 aus einer der Vorwärtsfahrstellung in die Position R wird zunächst die Position N durchlaufen. In diesem Betriebszustand ist der Antriebsstrang unterbrochen. Die Druckräume S1 und S2 am Schaltkolben 36 sind entlastet, so daß die Ritzelschiebemuffe 9 nur durch die Feder elemente 6 und 7 in Neutralposition gehalten wird. Das Rückwärtsyangschaltrad 10 befindet sich noch nicht in der mit I, sondern in der gestrichelt angedeuteten und mit II bezeichneten Position. Die Schaltventile 28, 29 sind stromlos, so daß sie die Druckmittelzuführungsleitungen 25 bzw. 26 von der zentralen Druckmittelversorgungsleitung 27 absperren. Von dieser Situation ausgehend wird bei einer Verstellung des Wählhebels 45 in die Position R vor dessen Arretierung zunächst der elektrische Kontakt 46 beaufschlagt. Das so erzeugte Signal wird über die Leitung 47 auf die Steuereinrichtung 48 übertragen, die nun ihrerseits das Schieberventil 27 durch Ansteuern der elektromagnetischen Stellvorrichtung 31 gegen die Wirkung der Feder 30 in die in 2 dargestellte Position verstellt.
Auf diese Weise wird das im Druckraum S2, der Leitung 38 und der Druckmittelzuführungsleitung 25 befindliche Druckmittel durch das Schaltventil 28 abgesperrt. Aufgrund der weitgehenden Inkompressibilität des hydraulischen Druckmittels kann der Schaltkolben 36 nicht mehr in Pfeilrichtung A bewegt werden und ist somit hydraulisch gesperrt. Damit ist aber auch die in der Neutralposition befindliche Schiebemuffe 9, die über das Hebelwerk 42 mit dem Schalthebel 36 verbunden ist, hinsichtlich ihrer axialen Verschiebbarkeit blockiert. Die Gangwähleinrichtung 44 und die Hydraulikvorrichtung 15 sind so ausgeführt, daß erst nach Aufbau der hydraulischen Sperre und einer anschließenden Arretierung des Wählhebels 45 in der Position R eine Verstellung des Rückwärtsgangschaltrades 10 über die mechanische Stelleinrichtung 43 aus der Position II in die Position I erfolgt. Stehen bei der Verschiebebewegung des Rückwärtsgangschaltrades 10 dessen Verzahnung und die Außenverzahnung 8 der Ritzelschiebemuffe 9 Zahn vor Zahn, erfolgt eine Abstützung der am Rückwärtsgangschaltrad 10 wirkenden Verschiebekraft über die Ritzelschiebemuffe 9 und das Hebelwerk 42 am hydraulisch gesperrten Stellkolben 36. Die Ritzelschiebemuffe 9 kann somit nicht mit dem Losrad des Gangzahnradpaares 3 durch die aufgrund der Zahn-vor-Zahn-Stellung auf sie einwirkenden Schiebekraft in Eingriff gebracht werden. Es kann daher auch kein versehentliches Einlegen des zweiten Ganges oder aber sogar ein gleich zeitiges Einlegen des Rückwärtsganges und des zweiten Ganges erfolgen.
Der große Vorteil der erfindungsgemäßen hydraulischen Sperre besteht darin, daß ohne jeden zusätzlichen mechanischen Aufwand ausschließlich durch eine gezielte elektrohydraulische Ansteuerung des Schieberventils 27 eine Arretierung der Ritzelschiebemuffe 9 möglich ist.
Durch die Stellung des Schieberventils 27 gemäß 2 kann auch eine versehentliche Kopplung der Ritzelschiebemuffe 9 mit dem Losrad des Gangzahnradpaares 2 verhindert werden, wenn beispielsweise bei einem in der Zeichnung nicht dargestellten Variante das Rückwärtsgangschaltrad 10 aus einer Position III (siehe hierzu 1) in die Position I bewegt wird. In diesem Falle würden nämlich die im Vergleich zu 1 nun umgekehrt wirkende Verschiebekraft bei Zahn-vor-Zahn-Stellung an der Ritzelschiebemuffe 9 ebenfalls über den Schaltkolben 36 abgestützt werden können, weil schon bei einer geringsten Verschiebung des Schaltkolbens 36 entgegen der Pfeilrichtung A im Druckraum S2 ein Unterdruck entsteht, der eine weitere Fortbewegung des Schaltkolbens 36 verhindert.
Die zuvor beschriebenen Sperrfunktionen sind auch mit einer Hydraulikvorrichtung 15 gemäß 3 realisierbar. Die gegenüber der 2 miteinander vertauschten Anschlüsse der Druckräume S2 und S4 erfordern jedoch zur Sicherstellung der Sperrfunktion eine Beaufschlagung der elektromagnetischen Stellvorrichtung 30 entgegen der Wirkung der Feder 32 auf Veranlassung der Steuereinheit 48 über die elektrische Leitung 50. Das Schieberventil 27 befindet sich dann in der in 3 dargestellten Stellung.
Verständlicherweise ist die Erfindung nicht auf das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Insbesondere bei der Gestaltung des Schieberventils 27 und den daran anzuschließenden Zuleitungen sind unterschiedlichste Varianten denkbar. So kann beispielsweise auch durch eine Absperrung des Druckraumes S1 die gewünschte Sperrfunktion erreicht werden.

Claims

Stufenwechselgetriebe (1) für Fahrzeuge mit – einer Getriebeeinganswelle (13), – einer Getriebeausgangswelle (4), – den einzelnen Getriebegängen zugeordneten Paaren (2, 3) von Gangzahnädern, von denen jeweils eines als Festrad auf einer der beiden Getriebewellen (13, 4) und eines als Losrad auf der anderen Getriebewelle gehalten ist, – einer außen verzahnten Ritzelschiebemuffe (9), die zwischen den Gangzahnradpaaren (2, 3) des ersten und zweiten Ganges angeordnet ist, – einem Rückwärtsgangschaltrad (10), das zum Einlegen des Rückwärtsganges achsparallel zur Getriebeeingangswelle (13) in die Außenverzahnung (8) der Ritzelschiebemuffe (9) hineinverschiebbar ist, – einer hydraulischen Betätigungseinrichtung (15) zur Verstellung der Ritzelschiebemuffe (9), – einer Stelleinrichtung (43) zur Verschiebung des Rückwärtsgangschaltrades (10), und – einer Gangwähleinrichtung (44), dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen (45, 46, 48, 27) vorgesehen sind, die bei der Wahl des Rückwärtsganges an der Gangwähleinrichtung (44) zunächst eine Blockierung der hydraulischen Betätigungseinrichtung (15) in einer die Ritzelschiebemuffe (9) arretierenden Weise und erst danach eine Aktivierung der Stelleinrichtung (43) auslösen.
Stufenwechselgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Einsatz einer Ritzelschiebemuffe (9), die federelastisch in einer Neutralstellung, in der kein Gang eingelegt ist, gehalten wird und entgegen der Wirkung federelastischer Rückstellkräfte (Federelemente 6, 7) axial verschiebbar ist, die Betätigungseinrichtung eine Hydraulikvorrichtung (15) ist mit – einer elektrischen Steuereinheit (48), die mit der Gangwähleinrichtung (44) verbunden ist, – einem von der Steuereinheit (48) elektrisch gesteuerten Schieberventil (27), – wenigstens einem doppelt wirkenden, hydraulisch längsverschieblichen Schaltkolben (36), durch den die Ritzelschiebemuffe (9) zum Einrücken des entsprechenden Getriebeganges betätigbar ist, – Druckräumen (S1, S2), in die der Schaltkolben (36) mit seinen Enden hineinragt und an die jeweils eine Zuleitung (37 bzw. 38) angeschlossen ist, die durch das Schieberventil (27) mit einer Druck- (25, 26) oder Entlüftungsleitung (41) verbindbar ist, – zumindest zwei elektrisch gesteuerten Schaltventilen (28, 29), die bei Bestromung einen der genannten Druckräume (S1 bzw. S2) des Schaltkolbens (36) mit Druckmittel beaufschlagen, während der andere (S2 bzw. S1) über das Schieberventil (27) entlüftet wird, – einer hydraulischen, den Schaltkolben (36) und damit die Ritzelschiebemuffe (9) in ihrer Neutralstellung arretierende Sperre, die aktiviert ist, wenn ein Wählhebel (45) der Gangwähleinrichtung (44) in eine Stellung zur Einlegung des Rückwärtsganges gebracht wird.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an der Gangwähleinrichtung (44) ein der Rückwärtsgangstellung zugeordneter, von dem Wählhebel (45) beaufschlagbarer elektrischer Kontakt (46) vorgesehen ist, der nach Beaufschlagung durch den Wählhebel (45) das Schieberventil (27) in eine Position verstellt, in der wenigstens ein Druckraum (S2) des Schaltkolbens (36) abgesperrt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Einlegung des zweiten Ganges mit Druck beaufschlagbare Druckraum (S2) nach Beaufschlagung des elektrischen Kontaktes (46) durch das Schieberventil (27) abgesperrt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulische Sperre durch Umschalten der Zuleitung (38) des Druckraums (S2) von der Entlüftungsleitung (41) an die Druckleitung (25) erfolgt.