DE69824116T2 - Einrichtung und Verfahren zum hilfskraftbetätigten Schalten von Getrieben - Google Patents

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Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zum Schalten mechanischer Getriebe unter Verwendung eines unter Druck stehenden Fluids, um die vom Fahrzeugführer aufzuwendende Schaltkraft zu verringern, die zum Schalten von Gängen erforderlich ist.
  • Stand der Technik
  • Herkömmliche mechanische Getriebe, insbesondere solche für Schwerlastfahrzeuge, verwenden gewöhnlich einen Gangschalthebel, der über ein mechanisches Gestänge mit dem Getriebe verbunden ist, um einen Gangwechsel oder ein Schalten des Getriebes zu bewirken. Bei diesen Getrieben ist es erwünscht, die Schaltkraft, die von dem Fahrer zum Schalten des Getriebes benötigt wird, zu minimieren, um eine Ermüdung des Fahrers zu verringern, während ein akzeptables „Schaltgefühl" für den Fahrer aufrecht erhalten werden soll. Kürzlich sind automatisierte und teilautomatisierte mechanische Getriebe entwickelt worden, die einen oder mehrere ferngesteuerte Aktuatoren verwenden, um einen Gangwechsel in einem Getriebe zu bewerkstelligen. Bei diesen Getrieben ist es erwünscht, die Schaltkraft derart zu reduzieren, dass die erforderliche Größe und/oder Leistungsanforderung der zugehörigen Aktuatoren verringert werden kann, was eine Kosten- und Gewichtsreduktion des gesamten Fahrzeugsystems ergibt.
  • Es sind unterschiedliche Schalteinrichtungen für Getriebe entwickelt und sowohl auf herkömmliche (manuelle) mechanische Getriebe als auch auf automatisierte oder teilautomatisierte mechanische Getriebe angewendet worden. Schalteinrichtungen, die eine einzelne Schaltwelle oder -stange verwenden, um die Gangstufen eines mechanischen Fahrzeuggetriebes auszuwählen und einzurücken, sind aus dem Stand der Technik bekannt, wie aus den US-Patentschriften Nr. 4 621 537, 4 532 823 und 4 222 281 ersichtlich. Derartige Einrichtungen können Vorteile haben gegenüber Vorrichtungen mit mehreren Schaltstangen, wie sie in den US-Patentschriften Nr. 4 445 393, 4 275 612, 4 584 895 und 4 722 237 beschrieben sind. Zu diesen Vorteilen gehören eine geringere Komplexität (weniger Teile), die Möglichkeit, verbesserte Lager einzusetzen und bessere Oberflächenbeschaffenheiten zu haben, da lediglich eine einzelne Welle einbezogen ist, eine kleinere Baugruppe und eine im Verhältnis leichtere Steuerung eines Hilfsgetriebes, einschließlich der Erfassung von Getriebebedingungen wie beispielsweise Leerlauf- und Gangeingriffszustandsbedingungen.
  • Ungeachtet der speziell verwendeten Schalteinrichtung verwenden Geschwindigkeitswechselgetriebe im Allgemeinen eine Schaltstangengehäuseanordnung. Für gewöhnlich sind solche Schaltstangengehäuse manuell gesteuert und durch einen Schaltfinger betätigt, der an einem direkt montiertem Schalthebel oder an der Querwelle einer ferngesteuerten Schalteinrichtung befestigt ist. Um eine Auswahl mehr als eines Gangs zu einem bestimmten Zeitpunkt zu verhindern, sind Sperreinrichtungen vorgesehen. Die Schaltstangengehäuseeinrichtung enthält eine oder mehrere axial verschiebbare Schaltstangen, Schaltstäbe oder Schaltschienen. Jede Schaltstange trägt wenigstens eine Schaltgabel, die in Axi alrichtung bewegt wird, um einen ausgewählten Getriebegang einzulegen oder herauszunehmen. Die Schaltstange (oder Schaltgabel in einem Getriebe mit einer einzelnen Schaltstange) wird im Allgemeinen durch eine quergerichtete Bewegung (nach links oder rechts) eines Aktuators oder Schalthebels ausgewählt. Der ausgewählte Gang wird mittels einer axialen oder längs gerichteten Bewegung (nach vorne oder hinten) der Schaltwelle eingerückt oder ausgerückt, was zu einer Axialbewegung eines Kupplungselementes, eines Kupplungszähne tragenden Zahnrades oder einer Klauenkupplung führt, wie es in dem Stand der Technik allgemein bekannt ist und aus den US-Patentschriften Nr. 4 445 393, 4 754 665, 4 876 924 und 5 053 961 ersichtlich ist.
  • Schaltstangengehäuseeinrichtungen, die nicht unmittelbar durch den Fahrer betätigt werden, sind ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannt. Solche Einrichtungen können mittels unter Druck stehender Hydraulikflüssigkeit, mittels Druckluft oder durch Elektromotoren betätigt werden und hierfür geeignete Steuerungen enthalten, wie aus den US-Patentschriften Nr. 4 428 248, 4 445 393, 4 722 237 und 4 873 881 ersichtlich.
  • FR-A-2 006 982, auf der die Oberbegriffe der unabhängigen Ansprüche 1, 16 und 18 basieren, beschreibt ein Gangschaltsystem, bei dem zwischen einer Gangschalthebeleinrichtung und dem Schaltfinger eines Schaltgetriebes mit mehreren Schaltstangen eine kraftverstärkende Einrichtung eingefügt ist.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein System und Verfahren zum Schalten eines mechanischen Getriebes zu schaffen, das die von dem Fahrzeugführer erforderliche Anstrengung vermindert, während ein akzeptables Schaltgefühl aufrecht erhalten wird.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein System und ein Verfahren zum Schalten eines mechanischen Getriebes zu schaffen, das ein unter Druck stehendes Fluid verwendet, um die Schaltkraft, die von dem Fahrer aufgewendet werden muss, zu verringern.
  • Eine noch weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein System und Verfahren zum Schalten eines mechanischen Getriebes zu schaffen, das die Anstrengung des Fahrzeugführers beim Schalten verringert, während es sowohl für einfache als auch für Verbundgetriebe anwendbar ist.
  • Eine noch weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein System und Verfahren zum Schalten eines eine einzelne Schaltstange enthaltenden mechanischen Getriebes zu schaffen, das ein unter Druck stehendes Fluid verwendet, um die Schaltkraft des Fahrzeugführers zu verringern.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein mechanisches Getriebe mit einer einzelnen Schaltstange zu schaffen, das ein gemeinsam mit der Getriebeschaltstange integriertes Hilfsunterstützungssystem zum Schalten aufweist.
  • Eine noch weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein System und Verfahren zum Schalten eines mechanischen Geschwindigkeitswechselgetriebes zu schaffen, das eine zu der durch den Fahrzeugführer auf den Gangschalthebel ausgeübten Kraft proportionale Hilfskraft erzeugt.
  • Um die obigen Aufgaben und weitere Aufgaben zu lösen und Merkmale sowie Vorteile der vorliegenden Erfindung zu verwirklichen, enthält ein System zur Verringerung der Schaltkraft eines Fahrzeugführers beim Schalten eines mechanischen Getriebes ein Steuerelement, das über ein Fluid mit einem Schaltelement gekuppelt ist, um über eine Proportionalventil- und Kolbenanordnung eine vorbestimmte Hubstrecke zu erreichen. Das Steuerelement ist mit einem Ventilkolben verbunden, während das Schaltelement mit einem Ventilgehäuse des Proportionalventils in Verbindung steht. Eine relative Bewegung zwischen dem Steuerelement und dem Schaltelement führt zu einer proportionalen Luftströmung zu dem Kolben, um eine zu der auf den Gangschalthebel ausgeübten Kraft proportionale Hilfskraft bereitzustellen. In einer Ausführungsform ist der Schaltfinger über Zapfen mit dem Steuerelement gekuppelt, die durch Schlitze ragen, die länglich sind, um die vorbestimmte Hubstrecke bereitzustellen. Bei einer anderen Ausführungsform ist der Schaltfinger mit dem Schaltelement unmittelbar verbunden, das mit dem Steuerelement unter Verwendung von Schlitzen, wie bei der ersten Ausführungsform, verstiftet ist. Eine weitere Ausführungsform verwendet in einem mehrere Schaltstangen aufweisenden mechanischen Getriebe für jede Schaltstange eine Proportionalventil- und Kolbenanordnung.
  • Gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung ist auch ein Verfahren geschaffen.
  • Mit der vorliegenden Erfindung sind mehrere Vorteile verbunden. Beispielsweise stellen das System und das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung eine gemeinsam mit der Schalteinrichtung integrierte Schalthilfsunterstützungsvorrichtung bereit. Die vorliegende Erfindung erfordert keine elektronische Erfassung einer Quergassenstellung oder Schalthebelbelastung und stellt dennoch eine Hilfskraft zum Schalten, die zu der Schalthebelbelastung im Verhältnis steht. Die vorliegende Erfindung stellt eine begrenzte Fluidkupplung bereit, in der Weise, dass eine formschlüssige mechanische Kupplung verwendet wird, um das Getriebe zu schalten, falls der Fluiddruck verloren geht oder eine übermäßige Schaltkraft mit dem Schalthebel ausgeübt wird. Für Getriebe mit mehreren Schaltstangen, die eine Ventil- und Kolbenanordnung für jede Schaltstange aufweisen, kann die Kraft für jede Synchronisiereinrichtung unter Verwendung unterschiedlicher Kolbengrößen verändert werden, ohne eine zusätzliche Ventilsteuerung zu erfordern.
  • Die obigen Vorteile sowie außerdem weitere Vorteile, Merkmale und Aufgaben der vorliegenden Erfindung erschließen sich einer fachkundigen Person beim Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines mechanischen Verbundgetriebes mit einem Schaltsystem gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 2 zeigt in einer ausschnittsweisen Darstellung eine Querschnittsansicht eines einfachen mechanischen Getriebes unter Veranschaulichung eines Systems und Verfahrens zur Verminderung der vom Fahrzeugführer benötigten Schaltanstrengung, bei dem erfindungsgemäß ein Schaltfinger mit einem Steuerelement verstiftet ist;
  • 3 zeigt eine ausschnittsweise Querschnittsansicht einer veränderten Ausführungsform zur Verringerung der vom Fahrzeugführer aufzuwendenden Schaltkraft, wobei erfindungsgemäß ein Schaltfinger an ein Schaltelement angekuppelt ist, das über einen Stift mit einem Steuerelement verbunden ist; und
  • 4A4E veranschaulichen Querschnittsansichten einer Fluidzylinderanordnung zur Bereitstellung einer proportionalen Hilfskraft zum Schalten gemäß der vorliegenden Erfindung in einer ausschnittsweisen Darstellung.
  • Beste Ausführungsform(en) der Erfindung
  • In der folgenden Beschreibung wird, lediglich um die Bezugnahme zu erleichtern, eine bestimmte Terminologie verwendet, die nicht beschränkend ist. Die Ausdrücke „(nach) oben", „(nach) unten", „(nach) rechts" und „(nach) links" bezeichnen Richtungen in den Zeichnungen, auf die verwiesen wird. Die Ausdrücke „(nach) vorne" und „(nach) hinten" beziehen sich jeweils auf das vordere bzw. hintere Ende des Getriebes, wie es auf herkömmliche Weise in einem Fahrzeug montiert ist, wobei sich diese Enden auf der linken bzw. rechten Seite des in 1 veranschaulichten Getriebes befinden. Die Ausdrücke „(nach) innen" und „(nach) außen" beziehen sich auf Richtungen in Richtung auf die geometri sche Mitte der Vorrichtung und deren bezeichneter Teile bzw. von dieser Mitte weg. Diese Konvention oder Terminologie gilt für die oben speziell erwähnten Ausdrücke als auch für ihre Ableitungen und Ausdrücke mit ähnlichem Sinngehalt.
  • Der Ausdruck „Verbundgetriebe" wird dazu verwendet, um ein Schalt- oder Geschwindigkeitswechselgetriebe zu bezeichnen, das eine Hauptgetriebegruppe mit mehreren Vorwärtsgängen sowie eine Hilfsgetriebegruppe aufweist, die in Serie mit der Hauptgetriebegruppe liegt, wobei die ausgewählte Gangstufe in der Hauptgetriebegruppe durch eine ausgewählte Ganguntersetzung in der Hilfsgetriebegruppe ergänzt werden kann. „Synchronisierte Kupplungseinrichtung" und Ausdrücke mit ähnlicher Bedeutung bezeichnen eine Kupplungseinrichtung, die verwendet wird, um ein ausgewähltes Zahnrad mittels einer formschlüssigen Kupplung an eine Welle drehfest anzukuppeln, wobei der Versuch eines Einrückens der Kupplung verhindert wird, bis die Glieder der Kupplung mit einer im Wesentlichen synchronen Drehzahl umlaufen.
  • Der Ausdruck Getriebe, wie er hier verwendet wird, bezieht sich entweder auf ein einfaches Getriebe oder auf die Hauptgetriebegruppe eines Verbundgetriebes.
  • Es wird nun auf 1 Bezug genommen, die eine schematisierte Darstellung zeigt, in der ein Getriebe 10 mit einer Schalteinrichtung 12 gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht ist. Das Getriebe 10 ist ein mechanisches Verbundgetriebe, das eine Hauptgruppe 14 aufweist, die in Serie mit einer Hilfsgruppe 16 verbunden ist, wie dies aus dem Stand der Technik allgemein bekannt ist. Die Hauptgruppe 14 stellt mehrere auswählbare Gangstufen bereit, die unter Verwendung der erfindungsgemäßen Schalteinrichtung 12 ausgewählt werden. Die Hauptgruppe 14 enthält eine Eingangswelle 18, die wahlweise an die Kurbelwelle 20 eines Motors E über eine Hauptreibungskupplung C anzukuppeln ist, die einen Antriebsabschnitt 22 sowie einen Abtriebsabschnitt 24 enthält.
  • Die Eingangswelle 18 der Hauptgruppe 14 ist mit einem Eingangszahnrad 26 verbunden, das Vorgelegewellenanordnungen 28, 30 der Hauptgruppe 14 antreibt, die im Wesentlichen gleich ausgebildet sind. Die Vorgelegewelle 30 ist über Lager 32, 34 in einem Gehäuse H gelagert. Mehrere Vorgelegewellen 36, 38, 40, 42, 44, 46 sind an der Vorgelegewelle 30 drehfest befestigt und stehen mit zugehörigen Zahnrädern 26, 48, 50, 52, 54 bzw. 56 ständig kämmend in Eingriff. Die Antriebsräder der Hauptgruppe sind über gleitende Kupplungsmuffen 58, 60, 62 wahlweise an eine Hauptwelle 64 ankuppelbar. Das Zahnrad 56 ist das Zahnrad für den Rückwärtsgang und wird über ein lose laufendes Zwischenzahnrad 66 an das Vorgelegewellenzahnrad 46 der Hauptgruppe angekuppelt.
  • Die Kupplungsmuffen 58, 60, 62, werden in Axialrichtung unter Verwendung von zugehörigen Schaltgabeln 68, 70 bzw. 72 positioniert, wie es aus dem Stand der Technik allgemein bekannt ist. Die Kupplungsmuffen 58, 60, 62 können entweder von der zweiseitig wirkenden synchronisierten Bauart oder nach Art nicht synchronisierter zweiseitig wirkender Klauenkupplungen ausgebildet sein. Die Schaltgabeln 68, 70, 72 bilden im Allgemeinen einen Teil der Schalteinrichtung 12 und sind unter Verwendung einer herkömmlich bekannten Nut- und Federanordnung betriebsmäßig einer Schaltwelle 74 zugeordnet. Ein Gangschalthebel 76 ist mit einer Schalt fingereinrichtung 78 verbunden, die mit einem Schaltblock 80 zusammen wirkt, um die vom Fahrzeugführer ausgeübte Schaltkraft von dem Gangschalthebel 76 auf die Schaltwelle 74 zu übertragen, wie dies in größerer Einzelheit nachstehend erläutert ist. Auf herkömmlich bekannte Weise wird durch eine Transversalbewegung des Schalthebels 76 die Schaltwelle 74 verdreht, um eine der Schaltgabeln 68, 70 oder 72 auszuwählen. Eine längs gerichtete oder axiale Bewegung des Schalthebels 76 verschiebt die Schaltwelle 74 gemeinsam mit der ausgewählten Schaltgabel, um eine ausgewählte Gangstufe einzulegen oder herauszunehmen.
  • In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Schaltblock 80 derart richtungsabhängig mit einer Steuerstange 82 gekuppelt, dass die Schaltwelle 74 mit der Steuerstange 82 drehfest verbunden ist. Die richtungsabhängige Kupplung lässt aber eine vorbestimmte axiale Relativverschiebung zwischen der Schaltwelle 74 und der Steuerstange 82 zu. In einer (am besten in 2 veranschaulichten) Ausführungsform ist die richtungsabhängige Kupplung durch Passstifte, die eine Bohrung in der Steuerstange 82 durchsetzen, sowie einen in Axialrichtung länglichen Schlitz in der Schaltwelle 74 geschaffen. Der in Axialrichtung längliche Schlitz ermöglicht eine vorbestimmte relative Axialverschiebung zwischen der Steuerstange 82 und der Schaltwelle 74.
  • Die Schalteinrichtung 12 enthält ferner eine Zylinderanordnung 84, die betriebsmäßig der Schaltwelle 74 und der Steuerstange 82 zugeordnet ist, um zwischen diesen eine Fluidkupplung bereitzustellen. Bei Anwendungen bei Verbundgetrieben, wie beispielsweise dem Getriebe 10, kann die Zylinderanordnung in dem Getriebegehäuse untergebracht sein. Bei einfachen Getrieben kann die Zylinderanordnung 84 derart positioniert sein, wie in den 23 veranschaulicht, in denen der Range-Zylinder der Hilfsgruppe an ähnlich eingerichteten Verbundgetrieben angeordnet ist. Ein Proportionalventil 86 wird vorzugsweise dazu verwendet, ein unter Druck stehendes Fluid, wie beispielsweise Luft oder eine Hydraulikflüssigkeit, zu einer geeigneten Seite eines Kolbens 88 zu leiten, der innerhalb eines Zylinders 90 eine Hubbewegung vollführt. Das unter Druck stehende Fluid wirkt auf den Kolben 88 ein, um auf die Schaltwelle 74 eine Kraft auszuüben, um ein Einrücken oder Ausrücken der ausgewählten Gangstufe über eine Verschiebung einer aus den Schaltgabeln 68, 70, 72 ausgewählten Schaltgabel zu unterstützen. Eine detailliertere Darstellung und Erläuterung der Betriebsweise der Schalteinrichtung 12 ist unter Bezugnahme auf 24 gegeben.
  • Wie ferner in 1 veranschaulicht, enthält die Hilfsgruppe 16, ähnlich der Hauptgruppe 14, zwei im Wesentlichen identische Vorgelegewellenanordnungen 92, 94. Jede Vorgelegewellenanordnung 92 enthält eine Vorgelegewelle 96, die durch Lager 98, 100 in dem Gehäuse H gelagert ist. Vorgelegewellenzahnräder 102, 104 der Hilfsgruppe kämmen ständig mit Range-Zahnrädern 106 bzw. 108. Ein Ausgangs-/Range-Zahnrad 108 ist drehfest an einer Ausgangswelle 110 befestigt. Eine synchronisierte Klauenkupplungseinrichtung 112 mit zwei Stellungen kuppelt das Range-Zahnrad 106 an die Hauptwelle 64 oder alternativ das Range-Zahnrad 108 an die Ausgangswelle 110 an, um einen Betrieb im hohen Range bzw. niedrigen Range zu ermöglichen. Die vorliegende Erfindung ist natürlich auch auf Getriebe der Range-Bauart anwendbar, die eine Hilfsgruppe einer kombinierten Split-/Range-Bauart verwenden.
  • Das Getriebe 10 wird gewöhnlich derart bezeichnet, als habe es eine „vier plus eins"-gängige Hauptgruppe in Verbindung mit einer zweigängigen Hilfsgruppe. Während die Hauptgruppe 14 fünf Vorwärtsgangstufen sowie eine Rückwärtsgangstufe bereitstellt, wird die niedrigste Gangstufe, die durch Ankupplung des Eingangszahnrads 26 unmittelbar an die Hauptwelle 64 bereitgestellt wird, gewöhnlich als „Kriechgang" bezeichnet, der nur betrieben wird, wenn sich die Hilfsgruppe in dem niedrigen Range befindet. An sich stellt die Hauptgruppe 14 vier Vorwärtsgänge bereit, die mit der Hilfsgruppe 16 kombiniert werden, die entweder in dem niedrigen Range oder in dem hohen Range betrieben wird, um für den normalen Betrieb zusätzlich zu einem Kriechgang eine Gesamtanzahl von acht Vorwärtsgängen zur Verfügung zu stellen. Natürlich kann die vorliegende Erfindung in einem beliebigen der vielen mechanischen Getriebe verwendet werden, um die während des Schaltens des Getriebes erforderliche Schaltkraft des Fahrzeugführers zu reduzieren.
  • Es wird nun auf die 2 Bezug genommen, in der ein Längsschnitt eines sechsgängigen mechanischen Getriebes, das eine Schalteinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist, in einer Ausschnittsdarstellung gezeigt ist. Das Getriebe 110 enthält mehrere Zahnräder 112, die mehrere Gangstufen zwischen einem Getriebeeingang und einem Getriebeausgang definieren. Die Gangstufen werden über einen (nicht veranschaulichten) Schalthebel ausgewählt, der mit der Schaltfingeranordnung 114 verbunden ist, die einen Schaltfinger 116 enthält, der zur Verbindung mit einem Schaltblock 118 positioniert ist. Eine Schaltwelle 120 ist innerhalb eines Schaltgehäuses 122 angeordnet und enthält mehrere zugehörige Schaltgabeln 124, 126, 128, 130, die jeweils durch Verdrehung der Schaltwelle 120 unter Verwen dung einer Anordnung mit einer Nut 130 und einer Feder 132 auswählbar ist, wie dies herkömmlich bekannt ist. Die Schaltgabeln 124, 126, 128 sind mit zugehörigen Kupplungen 134, 136 bzw. 138 verbunden, um über eine axiale Verschiebung der Schaltwelle 120 ein entsprechendes Zahnrad von den mehreren Zahnrädern 112 einzurücken bzw. auszurücken. Das Getriebe 110 kann unterschiedliche Getriebezustandssenoren, wie beispielsweise einen Leerlaufsensor 140 und einen Rückwärtsgangsensor 142, enthalten.
  • Bei der in 2 veranschaulichten Ausführungsform wird die Kraft des Gangschalthebels auf normale Weise der Schaltfingeranordnung 114 und dem Schaltfinger 116 zugeführt und auf den Schaltblock 118 übertragen, der über wenigstens einen Passstift oder Zapfen 146 mit einer inneren Steuerstange 144 richtungsabhängig gekuppelt ist. Wenigstens ein in Axialrichtung länglicher Schlitz 148 wirkt mit einem zugehörigen Zapfen 146 zusammen, um die richtungsabhängige Kupplung zu bewerkstelligen. Der in Axialrichtung verlängerte Schlitz kann sich in der Steuerstange 144, in der Schaltwelle 120 oder in beiden befinden. Dies ergibt eine formschlüssige Drehverbindung zwischen der Steuerstange und der Schaltwelle, während eine vorbestimmte axiale Relativverschiebung zwischen der Steuerstange 144 und der Schaltwelle 122 zugelassen ist.
  • In der Ausführungsform nach 2 wird eine Bewegung des Schaltblocks 118 nicht unmittelbar in eine Bewegung der Schaltwelle 120 umgesetzt. Die Zapfen 146 können längs der Schaltwelle 120 verschoben werden. Die Länge des Schlitzes 148 ergibt einen geeigneten Bewegungsspielraum für eine Relativbewegung zwischen der Steuerstange 144 und der Schaltwelle 120, der bei einer Ausführungsform ungefähr einen Millimeter beträgt. Diese Relativbewegung wird dazu verwendet, um eine Proportionalventilanordnung 150 zu betätigen. Die Steuerstange 144 ist an einem Ventilkolben 152 gesichert oder festgesetzt, während ein Ventilgehäuse 154 an der Schaltwelle 120 gesichert ist. Der Kolben 156 ist an dem Ventilgehäuse 154 gesichert und wird innerhalb eines Zylinders 158 verschoben. Ein Steuerventil 160 leitet ein unter Druck stehendes Fluid, wie beispielsweise eine Hydraulikflüssigkeit oder Luft, von einem Anschluss 162, um den Kolben 156 in Abhängigkeit von der Richtung der Bewegung des Ventilkolbens 152 in jede Richtung zu betätigen. Wenn sich der Kolben 156 innerhalb des Zylinders 158 bewegt, wird das unter Druck stehende Fluid durch einen gesteuerten Auslass 164 hindurch geführt. An sich ist die Steuerventil- und Zylinderanordnung betriebsmäßig der Schaltwelle 120 und der Steuerstange 144 zugeordnet, um zwischen diesen eine Fluidkupplung zu schaffen. Ein unter Druck stehendes Fluid innerhalb des Zylinders 158 übt auf den Kolben 156, der mit dem Ventilgehäuse 154 und der Schaltwelle 120 verbunden ist, in Abhängigkeit von der Relativschiebung zwischen der Schaltwelle 120 und der Steuerstange 144 eine Kraft aus.
  • Es wird nun auf die 3 Bezug genommen, in der eine alternative Ausführungsform einer Schalteinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht ist. Bei dieser Ausführungsform wirkt eine Schaltwelle 166 mit einer Steuerstange 168 und einer Zylinderanordnung 170 zusammen, um die vom Fahrzeugführer aufzubringenden Schaltkraft in ähnlicher Weise wie bei der im Zusammenhang in 2 beschriebenen und veranschaulichten Ausführungsform zu reduzieren. Bei dieser Ausführungsform ist ein Schaltblock 172 mit der Schaltwelle 166 auf eine herkömmliche Weise verbun den. Die Steuerstange 168 ist mit der Schaltwelle 166 über einen Zapfen 174 und einen in Axialrichtung länglichen Schlitz 175 richtungsabhängig gekuppelt. Die Steuerstange 168 ist vorzugsweise mit einer Schaltkeil 169 der Schaltwelle 166 verstiftet. Die Zylinderanordnung 170 enthält ein richtig proportioniertes Steuerventil 178 mit einem an der Schaltwelle 166 befestigten Ventilgehäuse 180 (das an einem Kolben 182 befestigt ist). Die Steuerstange 168 ist an einem Ventilkolben 184 gesichert. Wie veranschaulicht, ist für die Ausführungsform nach 3 eine kürzere Steuerstange 168 erforderlich, was in Abhängigkeit von der speziellen Anwendung von Vorteil sein kann.
  • Es wird nun auf die 4a4e Bezug genommen, in denen Ausschnitte einer Schnittansicht einer Zylinderanordnung für eine Schalteinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt sind. Die Zylinderanordnung 200 enthält ein Zylindergehäuse 202 und einen Zylinderdeckel 204, die unter Verwendung geeigneter (nicht veranschaulichter) Befestigungsmittel, die Bohrungen 206 durchsetzen, an dem Getriebegehäuse H gesichert sind. Die Anordnung 200 enthält eine Proportional-Steuerventilanordnung 208, die ein Ventilgehäuse 210 beinhaltet, das durch geeignete Befestigungsmittel 214, wie bspw. Sprengringe oder dergleichen, an einem Kolben 212 gesichert ist, so dass das Ventilgehäuse 210 und der Kolben 212 wie eine einzelne Einheit innerhalb des Zylindergehäuses 202 bewegt werden. Eine Schaltwelle 216 ist an dem Ventilgehäuse 210 derart befestigt, dass eine Kraft, die durch das unter Druck stehende Fluid auf den Kolben 212 ausgeübt wird, über das Ventilgehäuse auf die Schaltwelle 216 übertragen wird. Eine Steuerstange 218 ist an dem mit einem Gewinde versehenen Ende des Kolbens 220 befestigt, der mit einem Sitzventilkolben 222 in Berüh rung steht. Ein Sitzventilzylinder 224 wirkt mit dem Sitzventilkolben 222 zusammen, um das unter Druck stehende Fluid durch die Steuerventilanordnung 208 in eine geeignete Kammer des Zylinders 202 zu leiten.
  • Ein Auslasssteuerventil 226 wirkt mit dem Sitzventil und Kolben 220 zusammen, um den Ausstoß von Druckfluid aus dem Innenraum des Zylindergehäuses 202 durch einen Auslasskanal 228 hindurch zu steuern. Eine wählbare Auslassöffnung 230 wird verwendet, um die Ausstoßrate des unter Druck stehenden Fluids zu steuern, das durch einen Fluidanschluss 232 geliefert wird. Geeignete Dichtungen, wie bspw. Dichtungen 234, werden an unterschiedlichen Stellen der Zylinderanordnung 200 eingesetzt, um eine Fluidleckage zu verringern oder auszuschließen.
  • Im Betrieb öffnet der Ventilkolben 220 bei einer Erhöhung der axialen Relativverschiebung zwischen der Schaltwelle 216 und dem Steuermittel 218 einen Spalt zwischen dem Sitzventilkolben 222 und einem Ventilsitz 236 für den Sitzventilkolben, wodurch dem unter Druck stehenden Fluid ermöglicht wird, durch den Anschluss 232 einzutreten, um durch einen Kanal 238 hindurch zu dem inneren Abschnitt des Zylindergehäuses 202 zu gelangen, wodurch eine Kraft auf den Kolben 212 ausgeübt wird. Diese Kraft wird durch das Ventilgehäuse 210 auf die Schaltwelle 216 übertragen, um eine Schaltkraft bereitzustellen, die zusätzlich zu der Kraft wirkt, die durch den Fahrzeugführer auf den Gangschalthebel ausgeübt wird. Wenn der Kolben 212 innerhalb des Zylinders 202 verschoben wird, ist es dem unter Druck stehenden Fluid möglich, aus der gegenüberliegenden Zylinderkammer auszutreten. Die Strömungsrate des ausgestoßenen Fluids wird durch eine im Voraus auswählbare Öffnung 230 gesteuert, bevor das Fluid den Auslasskanal 228 durchströmt. Wenn eine Kraft von dem Schaltfinger entfernt wird, bleibt der Ventilkolben 220 ortsfest stehen, so dass das Ventilgehäuse 210 den Sitzventilsitz 236 verschließt. Eine Strömung des unter Druck stehenden Fluids wird beiden Kolbenkammern zugeführt, so dass die durch die Zylinderanordnung 200 erzeugte Hilfskraft ausbleibt.
  • Die durch die Zylinderanordnung 200 erzeugte Kraft ist vorzugsweise zu der axialen Relativverschiebung zwischen der Schaltwelle 216 und der Steuerstange 218 proportional. Die proportionale Hilfsunterstützung ist während des Betriebs durch den Sitzspalt des Sitzventils gesteuert. Eine größere Kraft, die dem Schaltfinger zugeführt wird, vergrößert den Spalt zwischen dem Sitzventilkolben 222 und dem Ventilsitz 236, wodurch eine größere Fluidströmung zu den Zylinderkammern zugelassen wird. Der Ventilkolben 220 wirkt gegen eine Sitzventilfeder 240, um einer öffnenden Kraft entgegenzuwirken. Dies Feder 240 ist derart vorgespannt, dass eine minimale Kraftstärke erforderlich ist, bevor eine Hilfsunterstützung durch die Zylinderanordnung 200 bereitgestellt wird. Es ist zu bemerken, dass die in den 13 veranschaulichte richtungsabhängige Kupplung von der Art ist, dass für eine vorbestimmte axiale Relativverschiebung zwischen der Schaltwelle 216 und der Steuerstange 218 durch die Zylindernanordnung 200 eine Fluidverbindung geschaffen ist. Vorzugsweise wird durch den axial verlängerten Schlitz eine Hublänge von ungefähr einem Millimeter zur Verfügung gestellt. Wenn die Relativverschiebung diesen Wert übersteigt, wird die Fluidstrecke in eine formschlüssige Kupplung umgewandelt, so dass jede beliebige Bewegung der Steuerstange zu einer entsprechenden Bewegung der Schaltwelle führt und umgekehrt.
  • 4b4e veranschaulichen die Relativbewegungen innerhalb der Zylinderanordnung 200, um die ausgewählten Synchronisiereinrichtungen einzurücken und auszurücken. Die Einstellung gemäß 4a repräsentiert eine Neutralstellung. Wenn eine Kraft auf die Steuerstange 218 nach rechts ausgeübt wird, überwindet der Sitzventilkolben 222 die Kraft der Sitzventilfeder 240 und wird von dem Ventilsitz 236 gehoben, wodurch es dem unter Druck stehenden Fluid ermöglicht wird, durch den Kanal 238 hindurch in die linke Kammer des Zylinders 202 zu strömen. Dies erzeugt eine Kraft auf den Kolben 212, um das Einrücken der Synchronisiereinrichtung zu unterstützen.
  • In ähnlicher Weise verbindet eine auf die Steuerstange 218 in die entgegengesetzte Richtung einwirkende Kraft FD, wie in 4c veranschaulicht, das unter Druck stehende Fluid von dem Anschluss 232 zu dem Kanal 242, so dass das Fluid die rechte Kammer des Zylinders 202 füllt, wodurch über den Kolben 212 der Steuerstange eine zusätzliche Kraft zugeführt wird, um das Ausrücken der ausgewählten Synchronisiereinrichtung zu unterstützen. Gleichzeitig ist der Kanal 238 über den Kolben, das Sitzventil und das Auslassventil mit dem Auslasskanal 228 strömungsmäßig verbunden. Falls die Kraft FD weiter eine Relativverschiebung zwischen der Steuerstange und der Schaltwelle bewirkt, stellt die Zylinderanordnung fortwährend eine Hilfsunterstützung für das Schalten bereit, um über die Neutralstellung hinweg die nächste Synchronisiereinrichtung einzurücken, wie in 4e veranschaulicht. Ein Schalten in den Leerlauf führt zu der in 4d veranschaulichten Stellung, bei der der Sitzventilkolben 222 aufsitzt, während das Auslassteuerventil 226 geöffnet ist, so dass unter Druck stehendes Fluid unmittelbar von dem Anschluss 232 durch beide Kanäle 238 und 242 strömt, bevor es durch den Auslasskanal 228 hindurch ausgestoßen wird, so dass keine zusätzliche Schaltkraft durch den Kolben 212 erzeugt wird.
  • Während die als beste Ausführungsform angesehene Ausführungsform der Erfindung in Detail beschrieben worden ist, versteht es sich, dass unterschiedliche Modifikationen möglich sind, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen, wie er durch die folgenden Ansprüche definiert ist.

Claims (18)

  1. Schalteinrichtung (12) für ein mechanisches Getriebe (10), das mehrere schaltbare Gangstufen aufweist, wobei die Schalteinrichtung (12) aufweist, eine Schaltwelle (74; 120), an der mehrere Schaltgabeln (68, 70, 72; 124, 126, 128, 130) angeordnet sind, wobei bei einer Drehbewegung der Schaltwelle (74; 120) eine der Schaltgabeln ausgewählt wird und eine Translationsbewegung der Schaltwelle (74) dazu dient, die ausgewählte Schaltgabel zu verschieben, um eine ausgewählte Gangstufe einzurücken oder auszurücken; eine Zylinderanordnung (84; 150) mit einer Steuerstange (82; 144), die betriebsmäßig der Schaltwelle (74; 120) zugeordnet ist, um in Abhängigkeit von einer Bewegung eines Gangschalthebels (76) eine Kraft auf die Schaltwelle (74; 120) auszuüben; wobei die Schalteinrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass die Steuerstange (82; 144) derart mit der Schaltwelle (74; 120) richtungsabhängig gekoppelt ist, um formschlüssig mit dieser gedreht zu werden, während eine bestimmte axiale Relativverschiebung zwischen diesen zugelassen ist, dass die Steuerstange innerhalb der Schaltwelle angeordnet ist und dass die Zylinderanordnung in Abhängigkeit von einer Relativverschiebung zwischen der Schaltwelle (74; 120) und der Steuerstange (82; 144) eine Fluidkupplung zwischen diesen schafft.
  2. Schalteinrichtung (12) nach Anspruch 1, wobei die Zylinderanordnung (84; 150) eine Kraft zur Verfügung stellt, die proportional zu der Relativverschiebung ist.
  3. Schalteinrichtung (12) nach Anspruch 1, wobei die Zylinderanordnung (84; 150) eine Hydrozylinderanordnung aufweist.
  4. Schalteinrichtung (12) nach Anspruch 1, wobei die Zylinderanordnung (84; 150) eine pneumatische Zylinderanordnung aufweist.
  5. Schalteinrichtung (12) nach Anspruch 1, wobei die Zylinderanordnung (84) aufweist: ein Zylindergehäuse (158); einen in dem Gehäuse angeordneten Kolben (156); ein Ventilgehäuse (154), das für eine axiale Relativbewegung in Bezug auf das Gehäuse (158) an der Schaltwelle (120) und dem Kolben gesichert sowie fluiddicht abgedichtet ist; einen Ventilkolben (152), der in dem Ventilgehäuse (154) angeordnet und an der Steuerstange (144) gesichert ist; und ein Steuerventil (160), das in Kontakt mit dem Ventilkolben (152) in dem Ventilgehäuse (154) angeordnet ist, um unter Druck stehendes Fluid in das Zylindergehäuse (158) hinein zu leiten, um über den Kolben (156) die Kraft auf die Schaltwelle (120) auszuüben.
  6. Schalteinrichtung (12) nach Anspruch 5, wobei das Steuerventil (160) ein Sitzventil aufweist.
  7. Schalteinrichtung (12) nach Anspruch 5, wobei das Steuerventil aufweist: einen Sitzventilzylinder (224); einen Sitzventilkolben (222), der mit dem Sitzventilzylinder (224) zusammenwirkt; und eine zwischen dem Sitzventilzylinder und dem Sitzventilkolben angeordnete Feder (240).
  8. Schalteinrichtung (12) nach Anspruch 1, die ferner aufweist: eine Schaltfingereinrichtung (114); einen Schaltblock (118), der mit der Schaltwelle (120) formschlüssig verbunden ist, um gemeinsam mit dieser verdreht und verschoben zu werden, wobei der Schaltblock (118) mit dem Schaltfinger (116) zusammenwirkt, um eine Schaltkraft von einem Schalthebel auf die Schaltwelle zu übertragen.
  9. Schalteinrichtung (12) nach Anspruch 1, die ferner aufweist: eine Schaltfingereinrichtung (114); einen Schaltblock (118), der mit der Steuerstange (144) zur gemeinsamen Verdrehung und Verschiebung mit dieser formschlüssig verbunden ist, wobei der Schaltblock (118) mit dem Schaltfinger zusammenwirkt, um eine Schaltkraft von einem Schalthebel auf eine Schaltwelle zu übertragen.
  10. Schalteinrichtung (12) nach Anspruch 1, wobei die Steuerstange mit der Schaltwelle über wenigstens einen Zapfen (146) richtungsabhängig verbunden ist, der durch die Steuerstange und die Schaltwelle hindurchfährt, wobei eine der Steuerstange oder Schaltwelle einen in Axialrichtung länglichen Schlitz (148) enthält, um eine formschlüssige Drehverbindung zwischen der Steuerstange und der Schaltwelle zu schaffen, während eine vorbestimmte relative Axialverschiebung zwischen diesen zugelassen ist.
  11. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, die ferner eine Schaltfingereinrichtung (78; 114) und ein Schaltstangengehäuse (122) aufweist.
  12. Schalteinrichtung (12) nach Anspruch 11, die ferner aufweist: einen Schaltblock (172), der zur gemeinsamen Verdrehung und Verschiebung mit der Schaltwelle (166) an dieser befestigt ist, wobei der Schaltblock betriebsmäßig der Schaltfingereinrichtung zugeordnet ist, um Kraft von dem Gangschalthebel (76) auf die Schaltwelle zu übertragen.
  13. Schalteinrichtung (12) nach Anspruch 10, die ferner aufweist: einen Schaltblock (172), der zur gemeinsamen Verdrehung und Verschiebung mit der Steuerstange (168) an dieser befestigt ist, wobei der Schaltblock mit der Schaltfinger einrichtung betriebsmäßig verbunden ist, um Kraft von dem Schalthebel auf die Schaltwelle zu übertragen.
  14. Schalteinrichtung (12) nach Anspruch 2, wobei die Proportionalventilanordnung (110) eine hydraulische Ventileinrichtung aufweist.
  15. Schalteinrichtung (12) nach Anspruch 2, wobei die Proportionalventilanordnung (110) eine pneumatische Ventileinrichtung aufweist.
  16. Verfahren zur Reduzierung der von einem Fahrzeugführer während des Schaltens eines mechanischen Getriebes (10) mit mehreren Gängen, die mehrere auswählbare Gangübersetzungen definieren, aufzuwendenden Schaltkraft, wobei das Getriebe einen Schalthebel enthält, der mit einer Schaltfingereinrichtung zusammenwirkt, die eine Schaltwelle mit wenigstens einer Schaltgabel betätigt, die durch Verdrehung der Schaltwelle ausgewählt wird, wobei die Schaltgabel in Abhängigkeit von einer Translationsbewegung der Schaltwelle verschoben wird, um eine ausgewählte Gangstufe einzurücken oder auszurücken, wobei das Verfahren aufweist: Bereitstellen einer Proportionalventil- und Kolbenanordnung, wobei die Ventil- und Kolbenanordnung eine Steuerstange enthält, um in Abhängigkeit von einer Bewegung eines Gangschalthebels durch den Fahrzeugführer eine zusätzliche Kraft auf die Schaltwelle auszuüben; wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass die Steuerstange innerhalb der Schaltwelle derart angeordnet wird, dass die Schaltwelle gemeinsam mit der Steuerstange verdreht wird, während eine vorbestimmte axiale Ver schiebung zwischen diesen zugelassen wird; und fluidmäßige Ankupplung der Schaltwelle an die Steuerstange, um die auf die Schaltwelle wirkende zusätzliche Kraft zuzuführen, während die relative Verschiebung zwischen der Steuerstange und der Schaltwelle in einem Bereich zwischen null und der vorbestimmten axialen Verschiebung liegt.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, das ferner aufweist: Verändern der der Schaltwelle zugeführten zusätzlichen Kraft basierend auf einer zugehörigen Kraft, die auf den Schalthebel ausgeübt wird.
  18. Schalteinrichtung (12) für ein mechanisches Getriebe (10) mit mehreren Gängen, die Gangübersetzungen definieren, die über einen Gangschalthebel (76) und eine Schaltfingereinrichtung (78) auswählbar sind, wobei die Schalteinrichtung aufweist: ein Schaltstangengehäuse (122); mehrere Schaltwellen, die in dem Schaltstangengehäuse angeordnet sind, wobei die mehreren Schaltwellen jeweils eine einzelne Schaltgabel aufweisen, die der jeweiligen Schaltwelle zugeordnet ist, wobei die Schaltgabeln in Axialrichtung verschiebbar sind, um einen ausgewählten Gang einzulegen oder herauszunehmen; Proportionalventilanordnungen, die den mehreren Schaltwellen betriebsmäßig zugeordnet sind, um in Abhängigkeit von der Bewegung des Gangschalthebels eine Kraft auf die Schaltwellen auszuüben; wobei die Einrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass innerhalb einer jeden der mehreren Schaltwellen eine Steuerstange konzentrisch angeordnet ist, wobei jede Steuerstange mit ihrer Schaltwelle über wenigstens einen Zapfen verbunden ist, der durch die Steuerstange und die Schaltwelle hindurch führt, wobei entweder die Steuerstange oder die Schaltwelle einen in Axialrichtung länglichen Schlitz enthält, um eine formschlüssige Drehverbindung zwischen der Steuerstange und der Schaltwelle zu schaffen, während eine vorbestimmte axiale Relativverschiebung zwischen diesen zugelassen ist, dass die Proportionalventilanordnungen in Abhängigkeit von der Relativverschiebung zwischen der Schaltwelle und der Steuerstange eine Fluidkupplung zwischen der Steuerstange und der Schaltwelle schaffen und dass jede Schaltwelle eine Proportionalventileinrichtung aufweist.
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