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Technisches
Gebiet
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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.
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Stand der
Technik
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Gemäß der Lehre
der vorliegenden Erfindung ist auch ein Verfahren geschaffen.
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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.
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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.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt
eine schematische Darstellung eines mechanischen Verbundgetriebes
mit einem Schaltsystem gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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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;
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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
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4A–4E veranschaulichen
Querschnittsansichten einer Fluidzylinderanordnung zur Bereitstellung
einer proportionalen Hilfskraft zum Schalten gemäß der vorliegenden Erfindung
in einer ausschnittsweisen Darstellung.
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Beste Ausführungsform(en)
der Erfindung
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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.
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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.
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Der
Ausdruck Getriebe, wie er hier verwendet wird, bezieht sich entweder
auf ein einfaches Getriebe oder auf die Hauptgetriebegruppe eines
Verbundgetriebes.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 2–3 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 2–4 gegeben.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Es
wird nun auf die 4a–4e 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.
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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.
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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.
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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 1–3 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.
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4b–4e 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.
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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.
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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.