DE102008054846A1

DE102008054846A1 - Elektro-pneumatische Schalteinheit

Info

Publication number: DE102008054846A1
Application number: DE200810054846
Authority: DE
Inventors: Denis Bringel
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2008-12-18
Filing date: 2008-12-18
Publication date: 2010-07-01

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektro-pneumatische Schalteinheit für ein Fahzeuggetriebe (6) mit einem über Ventile (44, 46) pneumatisch geschalteten Bereichsgruppengetriebe (14) mit zwei Übersetzungsstufen und einem manuell geschalteten Hauptgetriebe (10), dessen Gangstufen in Schaltgassen vom Fahrzeugführer mechanisch ausgewählt und geschaltet werden, mit einer Sperreinrichtung (54) zur mechanischen Unterbindung der manuellen Schaltung nicht zulässiger Übersetzungsverhältnisse des Fahrzeuggetriebes (6) und mit einer elektronischen Steuereinrichtung (20). Die Sperreinrichtung (54) unterbindet in einer ersten Aktivierungsstufe oberhalb einer ersten Fahrzeuggeschwindigkeitsschwelle den Wechsel in eine Schaltgasse, die wenigstens eine Gangstufe (R, CR) aufweist, deren Einschaltung nur unterhalb der vorgegebenen ersten Fahrzeuggeschwindigkeitsschwelle zulässig ist, und die Sperreinrichtung (54) unterbindet in einer zweiten Aktivierungsstufe oberhalb einer zweiten Fahrzeuggeschwindigkeitsschwelle oberhalb der ersten Fahrzeuggeschwindigkeitsschwelle den Wechsel zwischen denjenigen weiteren Schaltgassen, die in beiden Übersetzungsstufen des Bereichsgruppengetriebes (14) anwählbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektro-pneumatische Schalteinheit nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Getriebe von größeren Nutzfahrzeugen sind häufig in einen Hauptgetriebeteil, ein Bereichsgruppengetriebe und teilweise noch ein Splitgruppengetriebe aufgeteilt. Moderne Getriebe vor allem in Nutzfahrzeugen weisen dabei eine durch eine Pneumatik unterstützte Schalteinrichtung auf, die pneumatische Schaltungen im Splitgruppengetriebe und im Bereichsgruppengetriebe durchführt, während die Schaltungen im Hauptgetriebeteil manuell vom Fahrzeugführer durchgeführt werden und dabei in der ausübenden Kraft durch die Pneumatik unterstützt werden können.
Zur Steuerung von heute üblichen Kraftfahrzeuggetrieben werden in zunehmendem Maße elektronische Anordnungen vorgesehen. Diese Anordnungen dienen, neben anderen Zwecken, auch der Unterstützung der Verhinderung von Schaltungen im Getriebe, die auf Grund sonstiger Bedingungen, wie insbesondere zu hoher Fahrzeuggeschwindigkeit bezogen auf den zu schalten beabsichtigten Gang, nicht zulässig sind.
Eine derartige pneumatische Schalteinrichtung mit Schutzmechanismen gegen falsches Betätigen ist beispielhaft aus der Deutschen Offenlegungsschrift 10 029 497 bekannt geworden. Die beschriebene Einrichtung zeigt für ein Fahrzeuggetriebe, das ein über Ventile pneumatisch geschaltetes Splitgruppengetriebe und ein über Ventile pneumatisch geschaltetes Bereichsgruppengetriebe aufweist, deren Schaltungen manuell vom Fahrzeugführer an einem Schalthebel vorwählbar sind, eine Sperreinrichtung zur mechanischen Unterbindung der Schaltung nicht zulässiger Übersetzungsverhältnisse des Fahrzeuggetriebes auf. Zur Unterstützung der Verhinderung ist eine elektronische Steuereinrichtung vorgesehen.
Diese ansonsten wirkungsvolle Schalteinrichtung sieht keine Maßnahmen vor zur Unterbindung nicht zulässiger Schaltungen bei solchen Schaltungen, die nicht mit der Umschaltung des Bereichsgruppengetriebes zusammenhängen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine pneumatische Schalteinrichtung zu schaffen, die eine vergrößerte Schutzmöglichkeit gegen das Schalten unzulässiger Übersetzungsstufen ermöglicht.
Die Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Ausgestaltungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, bei einer elektro-pneumatischen Schalteinheit für ein Fahrzeuggetriebe mit einem über Ventile pneumatisch geschalteten Bereichsgruppengetriebe mit zwei Übersetzungsstufen und einem manuell geschalteten Hauptgetriebe, dessen Gangstufen in Schaltgassen vom Fahrzeugführer mechanisch ausgewählt und geschaltet wenden, mit einer Sperreinrichtung zur mechanischen Unterbindung der manuellen Schaltung nicht zulässiger Übersetzungsverhältnisse des Fahrzeuggetriebes und mit einer elektronischen Steuereinrichtung, die Sperreinrichtung so vorzusehen, dass diese in einer ersten Aktivierungsstufe oberhalb einer ersten Fahrzeuggeschwindigkeitsschwelle den Wechsel in eine Schaltgasse unterbindet, die wenigstens eine Gangstufe aufweist, deren Einschaltung nur unterhalb der vorgegebenen, ersten Fahrzeuggeschwindigkeitsschwelle zulässig ist, und dass die Sperreinrichtung in einer zweiten Aktivierungsstufe oberhalb einer zweiten Fahrzeuggeschwindigkeitsschwelle oberhalb der ersten Fahrzeuggeschwindigkeitsschwelle den Wechsel zwischen denjenigen weiteren Schaltgassen unter bindet, die in beiden Übersetzungsstufen des Bereichsgruppengetriebes anwählbar sind.
Die Schaltgassen, die in beiden Übersetzungsstufen des Bereichsgruppengetriebes anwählbar sind, sind üblicherweise einerseits die Schaltgasse für den ersten und zweiten Gang in Verbindung mit der langsamen Übersetzungsstufe des Bereichsgruppengetriebes und dem fünften und sechsten Gang in Verbindung mit der schnellen Übersetzungsstufe, und andererseits die Schaltgasse für den dritten und vierten Gang in Verbindung mit der langsamen Übersetzungsstufe des Bereichsgruppengetriebes und dem siebten und achten Gang in Verbindung mit der schnellen Übersetzungsstufe. Die weitere Schaltgasse kann einen Rückwärtsgang und/oder einen Kriechgang aufweisen, die beide aufgrund ihres Übersetzungsverhältnisses nur bei geringen Geschwindigkeiten eingeschaltet werden dürfen.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt die mechanische Auswahl der Schaltgasse durch eine axiale Verschiebung der Schaltwelle und die mechanische Schaltung der Gangstufe in der jeweiligen Schaltgasse erfolgt durch eine anschließende Verdrehung der Schaltwelle.
Eine weitere besonders vorteilhafte Ausführungsform sieht als Sperreinrichtung einen Gassensperrzylinder vor, der zwei unverbundene, miteinander kommunizierende Kolben mit unterschiedlicher Kolbenfläche beinhaltet.
Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung mit Anordnung des Getriebes;
2 einen typischen Schaltgriff mit Schaltbild;
3 eine erste Ausgestaltung der Schalteinheit mit Kupplungsauslöseventil;
4 eine skizzierte Darstellung der Sperreinrichtung.
Die 1 zeigt ein Fahrzeug 2 mit einer Antriebsmaschine 4, einem Getriebe 6 und einer dazwischen angeordneten Kupplung 8. Das Getriebe 6 weist einen Hauptgetriebeteil 10, ein Splitgruppengetriebe 12 und ein Bereichsgruppengetriebe 14 auf. Der Hauptgetrebeteil 10 wird manuell durch den Fahrzeugführer über einen Schalthebel 16 geschaltet. Das Getriebe 6 ist über Verbindungsleitungen 18 mit einer elektronischen Steuereinrichtung 20 verbunden.
Die 2 zeigt einen beispielhaften Schalthebel 16 in einer vergrößerten Darstellung für ein Schaltbild 28, das als ”Überlagertes-H” bezeichnet wird. Seitlich am Schalthebel 16 ist ein Kippschalter 22 zur Vorwahl der Schaltung des Splitgruppengetriebes 12 angeordnet. An der Vorderseite des Schalthebels 16 ist ein weiterer Kippschalter 24 vorgesehen, über den das Bereichsgruppengetriebe 14 geschaltet wird. Bei beiden Kippschaltern 22, 24 handelt es sich um elektrische Schalter, die über eine elektrische Verbindungsleitung 26 mit der Steuereinrichtung 20 verbunden sind. Bei einer Schaltung mit einem Schaltbild 28 ist in den Vorwärtsgängen vom ersten bis zum achten Gang jede Endstellung des Schalthebels 16 zwei Übersetzungsstufen zugeordnet, die sich jeweils um den Übersetzungssprung des Bereichsgruppengetriebes 14 unterscheiden. Bei der Kipphebelstellung ”langsam” sind die Übersetzungsverhältnisse eins bis vier und der Rückwärtsgang geschaltet, bei Kipphebelstellung ”schnell” sind die Gänge fünf bis acht geschaltet.
Den Wechsel des Bereichsgruppengetriebes 14 muss der Fahrzeugführer mittels des Kippschalters 24 am Schalthebel 16 vorwählen. Der Wechsel wird ausgeführt, sobald im Hauptgetriebeteil 10 manuell die Neutralstellung eingelegt wird.
Das Splitgruppengetriebe 12 wird in den Positionen ”L” oder ”S” mit dem Kippschalter 22 seitlich am Schalthebel 16 vorgewählt und durch die Betätigung der Kupplung 8 geschaltet. Dazu zeigt die 3 ein pneumatisches Kupplungsauslöseventil 30, das in einer Leitung 32 zwischen einem Luftvorrat 34 und zwei elektropneumatischen 3/2-Wege-Ventilen 36 und 38 angeordnet ist. Das Kupplungsauslöseventil 30 lässt nur Luft zu den Ventilen 36 und 38 zu, wenn das Kupplungspedal betätigt wird. Die Ventile 36 und 38 sind mit der elektronischen Steuereinrichtung 20 verbunden und werden in Abhängigkeit der Schalterstellung des Kippschalters 22 am Schalthebel 16 angesteuert. Bei getretenem Kupplungspedal wird entweder Luft in die linke oder in die rechte Kammer des Schaltzylinders 40 des Splitgruppengetriebes 12 eingelassen, wobei dann die jeweils andere Kammer über die Ventile 36 bzw. 38 entlüftet wird.
Wie bereits ausgeführt, muss der Fahrzeugführer den Wechsel des Bereichsgruppengetriebes 14 mittels des Kippschalters 24 am Schalthebel 16 vorwählen. Der Wechsel wird dann ausgeführt, sobald im Hauptgetriebeteil 10 manuell die Neutralstellung eingelegt wird. In der Neutralstellung gibt ein mechanisch an die Schaltbewegung gekoppeltes Hauptabschaltventil 42 die Luft vom Luftvorrat 34 frei zu zwei elektropneumatischen 3/2-Wege-Ventilen 44 und 46. Die Ventile 44 und 46 sind mit der elektronischen Steuereinrichtung 20 verbunden und werden in Abhängigkeit der Schalterstellung des Kippschalters 24 am Schalthebel 16 angesteuert. Bei Erkennen der Neutrallage durch das Hauptabschaltventil 42 wird über das jeweils angesteuerte Ventil 44 oder 46 entweder Luft in die linke oder in die rechte Kammer des Schaltzylinders 48 des Bereichsgruppengetriebes 14 eingelassen, wobei dann die jeweils andere Kammer über das nicht angesteuerte Ventil 46 bzw. 44 entlüftet wird.
Um Fehlschaltungen zu vermeiden, müssen in der Schalteinrichtung zusätzliche Absicherungen getroffen werden. Dazu ist ein Gassensperrzylinder 54 vorgesehen, der vorzugsweise in der langsamen Übersetzungsstufe des Bereichsgruppengetriebes oberhalb einer bestimmten Abtriebsdrehzahl des Getriebes 6 das Schalten von der rechten Schaltgasse des Schaltbildes 28 in die linke Schaltgasse verhindert, d. h. das Schalten von der dritten oder vierten Übersetzungsstufe in die erste oder zweite Übersetzungsstufe wird verhindert. Dies soll den Fahrzeugführer davor bewahren, irrtümlich in die erste statt in die fünfte Übersetzungsstufe zu schalten, wenn er vergessen hat, mit dem Kippschalter 24 die schnelle Übersetzung in dem Bereichsgruppengetriebe vorzuwählen. In der schnellen Übersetzungsstufe des Bereichsgruppengetriebes 14 kann dieselbe Einrichtung dazu verwendet werden, Schaltungen von der achten in die fünfte Übersetzungsstufe zu verhindern.
Eine Schaltung in die linke Schaltgasse gemäß dem Schaltbild 28 betrifft nur Schaltungen, die in der langsamen Übersetzungsstufe des Bereichsgruppengetriebes 14 stattfinden. In dieser linken Schaltgasse sind üblicherweise der Rückwärtsgang R und gegebenenfalls ein Kriechgang CR angeordnet. Diese Gangstufen dürfen nur bei sehr geringen Fahrzeuggeschwindigkeiten, bzw. im Stillstand des Fahrzeuges eingelegt werden.
Dazu wird die Abtriebsdrehzahl des Getriebes 6 von einem Sensor 50 erfasst und als Signal an die elektronische Steuereinrichtung 20 weitergegeben. Die Steuereinrichtung 20 gibt bei zu hoher Abtriebsdrehzahl, die oberhalb einer vorgegebenen ersten Fahrzeuggeschwindigkeitsschwelle liegt, ein Signal an ein elektropneumatisches 3/2-Wege-Ventil 62 ab, das Luft aus dem Luftvorrat 34 über die Leitung 80 in die rechte Zylinderkammer 56 des Gassensperzylinders 54 gelangen lässt. Der größere Kolben 64 wird in der Zeichnung nach links in Richtung der Schaltwelle 58 gedrückt, wodurch der kleinere Kolben 66 auf die Schaltwelle 58 einwirkt und diese in Richtung der mittleren Schaltgasse des Schaltbildes 28 drückt. Diese Anordnung ist gegebenenfalls vom Fahrzeugführer mit einem erhöhten Kraftaufwand überdrückbar und erlaubt somit in Extremsituationen das Schalten der Übersetzungsstufen in der linken Schaltgasse des Schaltbildes 28.
Das Schalten zwischen verschiedenen Gangstufen, bei dem eine Umschaltung des Bereichsgruppengetriebes 14 mitbetroffen ist, findet in der mittleren und in der rechten Schaltgasse gemäß dem Schaltbild 28 statt. Die Steuereinrichtung 20 gibt bei zu hoher Abtriebsdrehzahl die oberhalb einer vorgegebenen zweiten Fahrzeuggeschwindigkeitsschwelle liegt, ein Signal an ein zweites elektropneumatisches 3/2-Wege-Ventil 52 ab, das Luft aus dem Luftvorrat 34 über die Leitung 82 in die linke Zylinderkammer 68 des Gassensperrzylinders 54 gelangen lässt. Der kleinere Kolben 66 wird in der Zeichnung nach links in Richtung auf die Schaltwelle 58 gedrückt und drückt diese in Richtung der rechten Schaltgasse des Schaltbildes 28, weg von der mittleren Schaltgasse.
Durch die unterschiedlich große Kolbenfläche der beiden Kolben 64 und 66 sind unterschiedliche Absicherungskräfte realisierbar, die der Handschaltkraft des Fahrzeugführers entgegen wirken. Beide Kräfte können aber als im Notfall überbrückbar ausgestaltet sein.
Die 4 zeigt schematisch die verschiedenen Stufen der Aktivierung des Gassensperrzylinders 54. Die obere Abbildung zeigt den nicht aktivierten Zustand. Die Schaltwelle 58 ist bis in ihre rechte Endposition verschoben, wodurch gewährleistet ist, dass die linke Schaltgasse gemäß Schaltbild 28, die Rückwärtsgang und/oder Kriechgang enthält, erreichbar ist. Bei Aktivierung der ersten Stufe der Sperre, die in der mittleren Abbildung dargestellt ist, was von der Steuereinrichtung 20 unterhalb einer ersten Fahrgeschwindigkeitsschwelle erfolgt, wird der größere Kolben 64 nach links gedrückt. Dadurch kann der kleinere Kolben 66 von der Schaltstange 58 nur noch so weit nach rechts gedrückt werden, bis er mit dem größeren Kolben 64, der sich nun in der linken Zylinderkammer 68 befindet, in Anlage kommt. Dadurch kann die Schaltstange 58 nur noch bis zur mittleren Schaltgasse für den ersten und zweiten Gang bzw. fünften und sechsten Gang verschoben werden.
Bei Aktivierung der zweiten Stufe, die in der unteren Abbildung der 4 dargestellt ist, was von der Steuereinrichtung 20 oberhalb einer zweiten Fahrgeschwindigkeitsschwelle erfolgt, wird der kleinere Kolben 66 nach links gedrückt. Dadurch kann der kleinere Kolben 66 von der Schaltstange 58 nicht mehr nach rechts gedrückt werden und die Schaltstange 58 kann nur noch in der rechten Schaltgasse für den dritten und vierten Gang bzw. siebten und achten Gang verbleiben.
Die Ventile 36, 38, 42, 44, 46 und 52 sind gemeinsam in einem Ventilblock 60 als einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht, der unmittelbar an die Schaltwelle 58 des Getriebes 6 montiert wird. Dadurch ergibt sich eine kompakte Einheit eines Ventilblocks 60, der am Getriebe 6 angeordnet ist (1).

2: Fahrzeug
4: Antriebsmaschine
6: Getriebe
8: Kupplung
10: Hauptgetriebeteil
12: Splitgruppengetriebe
14: Bereichsgruppengetriebe
16: Schalthebel
18: Verbindungsleitung
20: Steuereinrichtung
22: Kippschalter
24: Kippschalter
26: Verbindungsleitung
28: Schaltbild
30: Kupplungsauslöseventil
32: Leitung
34: Luftvorrat
36: Ventil
38: Ventil
40: Schaltzylinder
42: Hauptabschaltventil
44: Ventil
46: Ventil
48: Schaltzylinder
50: Sensor
52: Ventil
54: Gassensperzylinder
56: rechte Zylinderkammer
58: Schaltwelle
60: Ventilblock
62: Ventil
68: linke Zylinderkammer
80: Leitung
82: Leitung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10029497 A [0004]

Claims

Elektro-pneumatische Schalteinheit für ein Fahrzeuggetriebe (6) mit einem über Ventile (44, 46) pneumatisch geschalteten Bereichsgruppengetriebe (14) mit zwei Übersetzungsstufen und einem manuell geschalteten Hauptgetriebe (10), dessen Gangstufen in Schaltgassen vom Fahrzeugführer mechanisch ausgewählt und geschaltet werden, mit einer Sperreinrichtung (54) zur mechanischen Unterbindung der manuellen Schaltung nicht zulässiger Übersetzungsverhältnisse des Fahrzeuggetriebes (6) und mit einer elektronischen Steuereinrichtung (20), dadurch gekennzeichnet, dass die Sperreinrichtung (54) in einer ersten Aktivierungsstufe oberhalb einer ersten Fahrzeuggeschwindigkeitsschwelle den Wechsel in eine Schaltgasse unterbindet, die wenigstens eine Gangstufe (R, CR) aufweist, deren Einschaltung nur unterhalb der vorgegebenen, ersten Fahrzeuggeschwindigkeitsschwelle zulässig ist, und dass die Sperreinrichtung (54) in einer zweiten Aktivierungsstufe oberhalb einer zweiten Fahrzeuggeschwindigkeitsschwelle oberhalb der ersten Fahrzeuggeschwindigkeitsschwelle den Wechsel zwischen denjenigen weiteren Schaltgassen unterbindet, die in beiden Übersetzungsstufen des Bereichsgruppengetriebes (14) anwählbar sind.
Elektro-pneumatische Schalteinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Auswahl der Schaltgasse durch eine axiale Verschiebung der Schaltwelle (58) erfolgt und die mechanische Schaltung der Gangstufe in der jeweiligen Schaltgasse durch eine anschließende Verdrehung der Schaltwelle (58) erfolgt.
Elektro-pneumatische Schalteinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Sperreinrichtung ein pneumatischer Gassensperrzylinder (54) vorgesehen ist, der zwei unverbundene, miteinander kommunizierende Kolben (64, 66) mit unterschiedlicher Kolbenfläche beinhaltet.