DE19549827B4

DE19549827B4 - Schaltvorrichtung für ein Geschwindigkeits-Wechselgetriebe sowie zugehöriges Geschwindigkeits-Wechselgetriebe

Info

Publication number: DE19549827B4
Application number: DE1995149827
Authority: DE
Inventors: Marten Wittorf
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 1995-03-16
Filing date: 1995-03-16
Publication date: 2012-01-26
Anticipated expiration: 2015-03-17

Abstract

Schaltvorrichtung für Geschwindigkeits-Wechselgetriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit den folgenden Merkmalen: – einem Kurventrieb zum Erzeugen von Bewegungen an Schaltmitteln, die Schaltgabeln (10') und Schaltkupplungen (4) aufweisen, – Steuerkurven (16') des Kurventriebes sind auf dem Um-fang einer Schaltwalze (8') angeordnet, – für jedes Schaltmittel ist eine Steuerkurverbundener Schaltstift (15') derart ein, dass beimeine fortlaufend von einem niedrigen zu einem höheren Gang bzw. von einem höheren zu einem niedrigeren Gang verlaufende Schaltbewegung auslösbar sind, wobei die Schaltwalze (8,) eine Schaltbewegungsrichtung und eine entgegengesetzte Leerlaufbewegungsrichtung aufweist, und wobei am Grund der Steuerkurven (16') für die Schaltstifte (15') Rampen (22) vorgesehen sind, wobei die Rampen (22) in Schaltbewegungsrichtung Stufen aufweisen, an denen die Steuerkurven (16') in Schaltwegauslenkungen (23) übergehen und die Schaltstifte (15') an den Rampen...

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltvorrichtung für ein Geschwindigkeits-Wechselgetriebe der im Oberbegriff des Anspruchs 1 dargelegten Gattung, sowie ein zugehöriges Geschwindigkeits-Wechselgetriebe und ein dieses aufweisendes Kraftfahrzeug.
Die DE 943 742 zeigt eine Schalteinrichtung für ein Kraftfahrzeuggetriebe, das einen Nockenschaltzylinder aufweist. Der Nockenschaltzylinder läuft beim Übergang von einer Schaltstellung zur nächsten Schaltstellung jeweils durch eine Leerlaufstellung, wobei ein Kurvenschaltglied auf einem durch einen Exzenter gesteuerten Schwenkarm gelagert und schwenkbar ausgebildet ist. Diese Schaltvorrichtung ist sehr aufwendig und unterliegt im Betrieb gelegentlich Störungen.
Die US 2,577,019 zeigt eine Schaltvorrichtung, bei der eine verdrehbare Betätigungswelle vorgesehen ist, die ein verschiebliches Bauteil trägt. Dabei sind Schaltstifte vorgesehen, die in Schaltmittel eingreifen, wobei die Schaltstifte mit Steuerkurven in Eingriff bringbar sind. Bei dieser Schaltvorrichtung treten im Betrieb ebenfalls gelegentlich Störungen auf.
Die DE 42 05 670 C1 zeigt ein synchronisiertes Gangschaltgetriebe, das mit einer Schaltwalze betätigt wird.
Die Getriebegänge sind nur durch gleichzeitiges Schließen zweier Synchronisierkupplungen schaltbar. Eine Schiebemuffe einer solchen Synchronisierkupplung ist unabhängig von der jeweiligen Stellung der Schaltwalze in Neutralstellung und umgekehrt aus der Neutralstellung in die von der Schaltwalze vorgegebene Position einstellbar ausgebildet. Bei diesem Getriebe kommt es im Betrieb ebenso gelegentlich zu Störungen.
Eine weitere Schaltvorrichtung ist mit DE 15 05 531 A1 beschrieben. Nachteilig bei diesen bekannten mit Schaltwalzen arbeitenden Schaltvorrichtungen ist, dass sowohl beim Schalten von einem niederen zu einem höheren Gang als auch von einem höheren zu einem niederen Gang alle dazwischenliegenden Gänge durchgeschaltet werden müssen. Eine Vielzahl von Schaltbewegungen werden damit in den Gängen zwischen dem Ausgangsgang und dem gewünschten Gang durchgeführt, obwohl die Zwischengänge gar nicht angewählt werden sollten. Dies kostet Schaltzeit und die Schaltvorrichtung verschleißt vorzeitig.
Ferner ist aus der Druckschrift DE 708 872 eine Schaltvorrichtung für ein mit Lamellenreibungskupplungen ausgestattetes Zahnräderwechselgetriebe bekannt. Diese Schaltvorrichtung weist in Führungsnuten selbsttätige Zungenweichen auf, mit denen in Abhängigkeit von einer ersten Drehrichtung einer Schaltwalze eine Bremsung eintritt, und in einer entgegengesetzten Drehrichtung keine Bremsung erfolgt. Dazu wird durch eine Feder stets ein Führungsfinger gezwungen, an einer linken Seite der Führungsnut anzuliegen, da sonst die Zungenweiche nicht wirksam ist und keine Bremsung erfolgen kann. Bei einer anderen Ausführungsform ist die Zungenweiche in einer Drehrichtung als Abzweigung in eine Sackgasse ausgebildet und in der entgegengesetzten Drehrichtung wird der seitlich durch die Feder angepresste Führungsfinger an der Abzweigung vorbeigeführt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Schaltvorrichtung insofern zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
Beim Schalten mit einer solchen Schaltvorrichtung zwischen zwei benachbarten Gängen wird die Schaltwalze vorzugsweise durch einen ansteuerbaren Motor in üblicher Weise so gedreht, dass die durch die mit den Kurvenbahnen der Walze bewegten Schaltmittel, wie z. B. Schaltgabeln und mit ihnen verbundene Schaltmuffen, den bisher eingelegten Gang lösen. Anschließend wird über eine kurzfristige Leerlaufstellung der Schaltmittel hinweg der benachbarte angewählte Gang eingelegt. Dies gilt sowohl für ein Hochschalten als auch für ein Runterschalten.
Soll z. B. aus einem vierten Gang in einen zweiten Gang geschaltet werden, – ein Schaltvorgang, der im üblichen Fahrbetrieb eines Kraftfahrzeuges häufig vorkommt –, dann wird nach Vorwahl des gewünschten Ganges die Schaltwalze vorerst so weit gedreht, dass die Schaltstifte in der Leerlaufposition zwischen viertem und drittem Gang stehen und damit der ursprünglich eingeschaltete vierte Gang ausgeschaltet ist. In dieser Position werden die Schaltstifte aus den Steuerkurven der Schaltwalze ausgehoben, wobei sie gleichzeitig gegen ein Verschieben in Schaltrichtung blockiert sind. Die Schaltwalze kann danach frei weitergedreht werden, bis sich die Leerlaufstellung der Steuerkurven zwischen drittem und zweitem Gang unterhalb der Schaltstufe befindet. Die Schaltstifte können in diese Leerlaufposition wieder eingreifen, und beim Weiterdrehen der Schaltwalze wird der gewünschte zweite Gang eingelegt.
Sowohl die Drehbewegung der Schaltwalze als auch die Hubbewegung der Schaltstifte werden vorzugsweise durch von einer elektronischen Steuereinheit angesteuerte Elektromotoren vorgenommen, wobei der Steuereinheit über einen Gangwahlschalter der gewünschte Gang manuell vorgegeben werden kann oder aber die Steuereinheit den für die Fahrsituation richtigen Gang aus den Fahrzustandsparametern selbst ermittelt.
So können die Schaltstifte sehr einfach mechanisch aus den Steuerkurven ausgehoben werden, indem auf einer Welle befindliche Nocken auf sie einwirken. Dabei können die Schaltstifte von den Nocken gegen ein feststehendes Getriebeteil, wie z. B. das Getriebegehäuse, gedrückt werden und dort in Rasten blockiert werden oder von den Nocken selbst in axialer Richtung blockiert sein. Die Nockenwelle ist vorzugsweise ebenfalls von einem Elektromotor betätigt, der von der vorgenannten elektronischen Steuereinheit angesteuert ist.
Bei einer nach der Erfindung ausgeführten Schaltvorrichtung werden die Schaltstifte beim Zurückschalten von einem hohen in einen niedrigeren Gang immer aus den Steuerkurven ausgehoben, und zwar durch in den Steuerkurven befindlichen Rampen. Beim Zurückschalten kann somit kein Gang erreicht werden, das geschaltete Getriebe bleibt vielmehr in einer Leerlaufposition. Erst wenn aufwärts von einem niederen zu einem höheren Gang geschaltet wird, werden zuerst der nächstliegende Gang und danach die folgenden Gänge eingeschaltet. Mit einer solchen Ausführung der Erfindung kann der Bauaufwand gegenüber einer Ausführung mit Nocken zum Ausheben der Schaltstifte erheblich reduziert werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend anhand von Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen
1: ein Geschwindigkeits-Wechselgetriebe für ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung:
2: einen Teilschnitt des Geschwindigkeits-Wechselgetriebes nach 1 im Bereich der Schaltwalze sowie der Getriebehauptwelle;
3: einen Schnitt entlang der Linie A-A in 2;
4: einen Teilschnitt entlang der Linie B-B in 3;
5: eine Ansicht aus Richtung X auf die Schaltvorrichtung in 3;
6: ein Detail einer abgewandelten Ausführungsform der Schaltvorrichtung;
7 bis 15: Darstellungen des Funktionsprinzips eines weiteren Ausführungsbeispiels.
In einem Getriebegehäuse 1 eines Geschwindigkeits-Wechselgetriebes ist eine Getriebehauptwelle 2 mit auf ihr drehbar gelagerten Gangrädern 3, Schaltkupplungen 4 und einem auf ein Achsantriebsrad 5 wirkendes Abtriebsrad 6 gelagert. Die Gangräder 3 stehen mit nicht dargestellten Zahnrädern einer Getriebeantriebswelle in Eingriff, die von einem Antriebsmotor eines Kraftfahrzeuges über eine Fahrkupplung antreibbar ist, so dass ein Antriebsdrehmoment vom Antriebsmotor über die Fahrkupplung, die Getriebeantriebswelle und deren Zahnräder, ein durch eine Schaltkupplung 4 mit der Getriebehauptwelle 2 verbundenes Gangrad 3, die Getriebehauptwelle 2 und das mit ihr fest verbundene Abtriebsrad 6 auf das mit einem Achsgetriebe 7 verbundene Achsantriebsrad 5 übertragen wird. Im Getriebegehäuse 1 befindet sich eine Schaltvorrichtung zur Betätigung der Schaltkupplungen 4. Sie umfasst im Wesentlichen eine im Getriebegehäuse 1 parallel zur Getriebehauptwelle 2 drehbar gelagerte Schaltwalze 8 und für jede Schaltkupplung 4 eine auf einer Führungsschiene 9 parallel zur Getriebehauptwelle 2 verschiebbare Schaltgabel 10. Jede der Schaltgabeln 10 greift in üblicher Weise in eine Nut 11 einer Schaltmuffe der Schaltkupplung 4 ein und kann so gemeinsam mit der Schaltmuffe längs der Getriebehauptwelle 2 zum Schalten der Gänge verschoben werden.
Die Schaltgabeln 10 sind mit Führungsbuchsen 12 auf der Führungsschiene 9 geführt. In jeder Führungsbuchse 12 ist ein Schaltstifthebel 13 axial festliegend, jedoch schwenkbar um die Mittelachse der Führungsbuchse 12 gelagert. Der Schaltstifthebel 13 weist einen Daumen 14 sowie einen Schaltstift 15 auf, die beide miteinander schwenkbar sind. Die Schaltwalze 8 hat auf ihrem Umfang für jeden Schaltstift 15 eine Steuerkurve 16, in welcher der Schaltstift 15 in Richtung der Schaltbewegungen der Schaltkupplung 4 geführt ist. Die Steuerkurven 16 der Schaltwalze 8 sind so ausgelegt, dass beim Drehen der Schaltwalze 8, beispielsweise durch eine über einen Schneckentrieb oder ein Schaltwerksgetriebe eingreifenden Elektromotor 17, die Schaltkupplungen 4 über die Schaltgabeln 10 und die in die Steuerkurven 16 eingreifenden Schaltstifte 15 von einer Leerlaufstellung zu einem ersten Gang, vom ersten Gang in eine Leerlaufstellung, von dieser in einen nächsten Gang und so weiter bewegt werden. Ebenso kann von Gang zu Gang mit dazwischenliegenden Leerlaufpositionen wieder zurückgeschaltet werden.
Im Bereich der Schaltstifthebel 13 befindet sich eine im Getriebegehäuse 1 gelagerte Nockenwelle 18. Sie trägt für jeden der Schaltstifthebel 13 einen Nocken 19, der bei Stellung der Schaltkupplungen 4 in Leerlaufposition auf den Daumen 14 des Schaltstifthebels 13 einwirken kann, wenn die Nockenwelle 18 in Richtung des Pfeils Y in 3 verdreht wird. An der Wand des Getriebegehäuses 1 sind gegenüber der Leerlaufposition der Schaltstifthebel 13 Rasten 20 vorgesehen, in welche die Daumen 14 des Schaltstifthebels 13 bei Einwirkung durch die Nocken 19 eingreifen und so die Führungsbuchse 12 gegen Verschieben auf der Führungsschiene 9 sichern. Gleichzeitig werden durch die Einwirkung der Nocken 19 und das dadurch verursachte Verschwenken der Schaltstifthebel 13 gegenüber den Führungsbuchsen 12 die Schaltstifte 15 außer Eingriff mit den Steuerkurven 16 der Schaltwalze 8 gebracht. Die Schaltvorrichtung ist somit in Leerlaufposition blockiert, während die Schaltwalze 8 beliebig verdreht werden kann. Die Blockade kann immer dann durch Zurückdrehen der Nockenwelle 18 aufgehoben werden, wenn die Schaltwalze 8 in einer Leerlaufposition steht, denn nur dann können die Schaltstifte 15 beim Zurückschwenken in die Steuerkurven 16 eingreifen.
Mit einer derartigen Schaltvorrichtung kann ein Geschwindigkeits-Wechselgetriebe sowohl in bekannter Weise sequentiell geschaltet werden, d. h., dass ein Gangwechsel immer nur zu einem benachbarten Gang des gerade eingeschalteten Ganges möglich ist; es kann jedoch auch in beliebiger Reihenfolge der Gänge geschaltet werden.
Der Schaltvorgang läuft dabei so ab, dass nach Vorgabe des gewünschten Ganges manuell durch einen Wählschalter oder automatisch durch eine Steuereinheit die Schaltwalze 8 in eine Leerlaufposition zwischen zwei Gängen gedreht wird, wenn sie nicht bereits in einer Leerlaufposition steht. Danach wird die Nockenwelle 18 in Richtung des Pfeils Y verdreht, so dass die Nocken 19 die Daumen 14 der Schaltstifthebel 13 in die Rasten 20 bewegen. Dabei gelangen gleichzeitig die Schaltstifte 15 außer Eingriff der Steuerkurven 16 der Schaltwalze 8.
Die Schaltwalze 8 kann jetzt, ohne dass die Schaltmittel der Schaltvorrichtung bewegt werden, in eine beliebige zwischen zwei Gängen befindliche Leerlaufposition gedreht werden, so z. B. auch in die dem gewünschten zu schaltenden Gang benachbarte Leerlaufposition. Nun wird die Nockenwelle 18 in ihre Ausgangslage zurückgedreht und Federn (in der Zeichnung nicht dargestellt) schwenken den Schaltstifthebel 13 gleichfalls zurück, so dass die Daumen 14 aus den Rasten 20 freikommen, die Schaltstifte 15 aber wieder in die Steuerkurven 16 eingreifen. Durch Drehen der Schaltwalze 8 um einen Schaltweg in vorgegebener Richtung wird der gewünschte Gang eingelegt. Die Drehbewegung der Schaltwalze 8 sowie der Nockenwelle 18 erfolgt vorzugsweise durch Elektromotoren 17, die von einer elektronischen Steuereinheit angesteuert werden, welcher der gewünschte zu schaltende Gang entweder über einen Schalter von Hand eingegeben wird oder die den erforderlichen Gang aus Fahrzustandsparametern selbsttätig ermittelt.
Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. So kann z. B. die Blockierung der Führungsbuchsen 12 auf der Führungsschiene 9 in Leerlaufposition während des Weiterlaufs der Schaltwalze 8 auch durch an den Nocken 19' befindliche seitliche Stege 21 (6) erfolgen.
Es kann jedoch auch auf dem Nocken oder auf dem Daumen nur ein Steg vorgesehen sein, der zum Blockieren der Führungsbuchse 12 dann in eine auf der Anschlagfläche des Daumens bzw. des Nockens befindliche Nut eingreift.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist vereinfacht mit den 7 bis 15 dargestellt. Hier kann auf den Daumen 14 am Schaltstifthebel 13 und auf die Nockenwelle 18 mit den Nocken 19 verzichtet werden, indem auf dem Grund der Steuerkurven 16' in Richtung Zurückschalten überfahrbare Rampen 22 jeweils vor den Schaltwegauslenkungen 23 vorgesehen sind.
In den 7 bis 15 ist von der Schaltwalze 8' nur ein Abschnitt in gestreckter Form dargestellt, in dem ein Teil einer Steuerkurve 16' verläuft, in der ein Schaltstift 15' geführt ist.
7 bis 11 zeigen, wie der Schaltstift 15' beim Aufwärtsschalten der Steuerkurve 16' der Schaltbewegungsauslenkung 23 folgt. Ein Pfeil gibt die Bewegungsrichtung des Schaltstiftes 15' gegenüber der Schaltwalze 8' an. In 7 befindet sich der Schaltstift 15' in einer Leerlaufposition vor einem zu schaltenden höheren Gang. In 8 beginnt der Schaltvorgang zum Einschalten des höheren Ganges. In 9 ist der höhere Gang eingeschaltet. 10 zeigt die Position des Schaltstiftes 15' kurz vor dem Ausschalten des noch eingelegten höheren Ganges. In 11 ist der Gang ausgeschaltet, und der Schaltstift 15' befindet sich in einer Leerlaufposition zwischen dem ausgeschalteten Gang und einem darüber angeordneten höheren Gang.
In 12 beginnt ein Rückschaltvorgang. Der Schaltstift 15' bewegt sich relativ zur Schaltwalze 8' auf die Schaltwegauslenkung 23 und die davor angeordnete Rampe 22 zu. 13 zeigt, dass der Schaltstift 15' nicht der Schaltwegauslenkung 23 folgt, sondern bei gleichzeitigem Ausschwenken des Schaltstifthebels 13 auf die Rampe 22 aufläuft und diese, immer im Leerlaufbereich bleibend, überläuft (14 und 15).
Beim Hochschalten des Geschwindigkeitswechselgetriebes arbeitet eine solche Schalteinrichtung sequentiell, d. h. es kann immer nur von einem Gang zum nächst höheren geschaltet werden, wobei die Schaltstifte 15' ihren Steuerkurven 16' auch entlang der Schaltwegauslenkungen 23 folgen. Die nacheinander folgenden Gänge werden so auch nacheinander geschaltet.
Beim Zurückschalten kehrt sich die Drehrichtung der Schaltwalze 8' um und somit auch die Relativbewegung der Schaltstifte 15' gegenüber der Schaltwalze 8'. In dieser Drehrichtung bleiben die Schaltstifte 15 alle in ihrer Leerlaufposition. Sie können dabei nicht in die Schaltwegauslenkungen 23 gelangen, da sie auf die Rampen 22 auflaufen, in dieser ausgehobenen Stellung von gehäusefesten Rasten in Leerlaufpositionen gehalten sind und anschließend wieder bei Leerlaufposition in die Steuerkurve 16' zurückfallen. So kann von jedem beliebigen Gang zuerst in einen Leerlaufbereich und von diesem auf eine Leerlaufstellung vor jedem beliebigen niedrigeren Gang gewechselt werden. Dieser beliebige niedrigere Gang wird geschaltet, sobald die Drehrichtung der Schaltwalze 8' wieder in Richtung Hochschalten wechselt.
Drehrichtung und Drehwinkel der Schaltwalze 8' sind nach Vorwahl des gewünschten Ganges relativ einfach z. B. über eine elektronische Steuereinheit zu ermitteln; die Drehung der Schaltwalze 8' kann aber auch über ein Rastengetriebe von Hand erfolgen.

Claims

Schaltvorrichtung für Geschwindigkeits-Wechselgetriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit den folgenden Merkmalen: – einem Kurventrieb zum Erzeugen von Bewegungen an Schaltmitteln, die Schaltgabeln (10') und Schaltkupplungen (4) aufweisen, – Steuerkurven (16') des Kurventriebes sind auf dem Um-fang einer Schaltwalze (8') angeordnet, – für jedes Schaltmittel ist eine Steuerkurve (16') vorgesehen, – in jede Steuerkurve (16') greift ein mit dem zugeordneten Schaltmittel verbundener Schaltstift (15') derart ein, dass beim Drehen der Schaltwalze (8') an den Schaltmitteln eine fortlaufend von einem niedrigen zu einem höheren Gang bzw. von einem höheren zu einem niedrigeren Gang verlaufende Schaltbewegung auslösbar sind, wobei die Schaltwalze (8,) eine Schaltbewegungsrichtung und eine entgegengesetzte Leerlaufbewegungsrichtung aufweist, und wobei am Grund der Steuerkurven (16') für die Schaltstifte (15') Rampen (22) vorgesehen sind, wobei die Rampen (22) in Schaltbewegungsrichtung Stufen aufweisen, an denen die Steuerkurven (16') in Schaltwegauslenkungen (23) übergehen und die Schaltstifte (15') an den Rampen (22) vorbei führen, und wobei die Rampen (22) die Leerlaufbewegungsrichtung in den Steuerkurven (16') anstiegen und die Schaltstifte (15') über die Rampen (22) an den Schaltwegauslenkungen (23) derart vorbei führen, dass bei einem Rückschaltvorgang zunächst in Leerlaufbewegungsrichtung eine oder mehrere Rampen in den Steuerkurven (16') überführbar sind und nach Umschalten in Schaltbewegungsrichtung die Gänge sequenziell über die Schaltwegauslenkungen (23) schaltbar sind.
Geschwindigkeits-Wechselgetriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einer Schaltvorrichtung nach Anspruch 1.
Kraftfahrzeug mit einem Geschwindigkeits-Wechselgetriebe nach Anspruch 2.