DE19831066A1

DE19831066A1 - Sperrsystem für eine Schaltwelle eines Zahnräderwechselgetriebes

Info

Publication number: DE19831066A1
Application number: DE19831066A
Authority: DE
Inventors: Peter Schnapp
Original assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Current assignee: IHO Holding GmbH and Co KG
Priority date: 1998-07-10
Filing date: 1998-07-10
Publication date: 2000-01-13
Also published as: US6286384B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein mechanisches Sperrsystem für ein Schaltgetriebe, mit dem ein Durchschalten von einem Vortwärtsgang in einen Rückwärtsgang unterbunden ist, die in einer Schaltgasse schaltbar sind. Parallel zu einer Schaltwelle (1) ist ein auf einer Achse (12) verschiebbar geführter Sperrkörper (13) angeordnet, der mit einem drehfest auf der Schaltwelle (1) angeordneten Übertragungselement (4) zusammenwirkt. Der Sperrkörper (13) ist dazu mit einer Abweisrampe (19) versehen, die ein Umlenken, d. h. Verdrehen und Verschieben des Übertragungselementes (4) bewirkt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein mechanisch schaltbares Zahnräderwechselge triebe, das in Fahrzeugen eingesetzt ist. Zur Vermeidung einer Fehlschaltung sind diese Getriebe mit einer als Sperrsystem bezeichneten Rückwärtsgangsperre versehen. Mit dem Sperrsystem ist ein Durchschalten von einem Vorwärtsgang in einen Rückwärtsgang unterbunden, wenn diese Gänge in einer Schaltgasse schaltbar sind. Damit wird eine Fehlschaltung verhindert und gleichzeitig ein Schutz vor einer Beschädigung der Zahnräder erreicht, so daß ein Ausfall des Schaltgetriebes vermieden werden kann. Der Aufbau der Rückwärtsgangsperre verlangt zunächst die Bewegung des Schalthebels in eine Neutralstellung, bevor der Schaltweg für die Rückwärtsgangstellung frei ist und der Rückwärtsgang damit eingelegt werden kann.

Es sind Rückwärtsgangsperren in unterschiedlichen Bauformen bekannt. Die DE- C 36 01 951 bezieht sich auf ein Sperrsystem, dessen Schaltungsanordnung eine Schaltwelle mit einem Schaltfinger umfaßt, der mit einer an der Getriebe gehäusewandung befindlichen Schaltkulisse zusammenwirkt, wobei die Schalt kulisse für die zu schaltenden Gänge aufweist. An einem verlängerten Teil der Schaltkulisse ist eine Schaltsperre vorgesehen, die mit einem zweiten Schaltfin ger in Verbindung steht. Als Schaltsperre dient dazu eine an der Schaltkulisse schwenkbar angeordnete Platte, die mittels einer Schenkelfeder in der Neutral lage gehalten und in zwei Richtungen schwenkbar ist. Die Platte weist an ihrer Oberseite einen Sperrnocken mit einer sogenannten Fangwölbung auf, der bzw. die mit dem zweiten Schaltfinger zusammenwirkt. Der Aufbau dieser bekannten Rückwärtsgangsperre sieht weiterhin vor, daß bei einer Rückschaltung aus dem fünften in den vierten Vorwärtsgang der zweite Schaltfinger auf den Sperrnoc ken trifft und damit ein geradliniges Durchschalten in den in derselben Schalt gasse liegenden Rückwärtsgang verhindert. Die Sperre bewirkt, daß der Schalt finger in die benachbarte Schaltgasse umgelenkt wird. Diese bekannte Sperrvor richtung umfaßt einen großen Bauteileumfang und Einbauraum, aufgrund der parallel zu der Schaltwelle versetzten Anordnung der Schaltkulisse, in der die radial von der Schaltwelle ausgerichteten Schaltfinger geführt sind. Das Zu sammenwirken zwischen den Schaltfingern und der Schaltkulisse stellt hohe Anforderungen an die Genauigkeit der Fertigung der einzelnen Bauteile sowie der Montage bzw. Justierung der bekannten Sperrvorrichtung.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine einfach darstellbare, kostengünstige Sperrvorrichtung zu schaffen, deren Aufbau den Schaltkomfort verbessert.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Lösung sieht hierzu eine Schaltvorrichtung vor, die einen Sperrkörper mit einer als Abweisrampe gestalteten Sperrfläche umfaßt, an der sich das Über tragungselement abstützt. Diese Abweisrampe verbessert den Schaltkomfort, da die reine Sperrwirkung in eine abweisende Bewegung umgelenkt wird. Die Erfindung bewirkt beim Gangwechsel von zwei in einer Schaltgasse schaltbaren Gängen, d. h. von dem Vorwärtsgang in den Rückwärtsgang eine Drehbewe gung der Schaltwelle. Synchron zur Drehbewegung löst die Abweisrampe des Sperrkörpers eine in axialer Richtung weisende Kraftkomponente aus. Folglich wird bei dieser Schaltung eine sanfte Umlenkung des Übertragungselementes in die neutrale Schaltstellung erzielt, wodurch sich ein verbessertes Schaltgefühl einstellt. Diese Umlenkfunktion führt zu einer reduzierten Belastung aller das Sperrsystem beinhaltenden Bauteile.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 12.

Als wirkungsvolle Sperrfläche hat sich eine Abweisrampe erwiesen, die unter einem Winkel "α" von ca. 55° bis 60° zu einer Längsbohrung bzw. Führungs bohrung des Sperrkörpers ausgerichtet ist. Dabei ist die Abweisrampe im einge bauten Zustand des Sperrkörpers zum Übertragungselement geneigt ausgerich tet.

Die Erfindung schließt weiterhin unterschiedlich ausgebildete Abweisrampen ein. Vorzugsweise ist diese als eine schräg verlaufende Gerade gestaltet. Alter nativ kann die Abweisrampe zur Beeinflussung des Schaltgefühls einen kon vexen oder konkaven Verlauf aufweisen. Diese von einer Geraden abweichen den Abweisrampen bewirken eine bewußte beschleunigte oder verzögerte Umlenkung des Übertragungselementes und der damit in Verbindung stehenden Schaltungselemente.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist ein Sperrkörper vorgesehen, der gegenüber dem Übertragungselement justierbar ist. Die Einstellbarkeit des Sperrkörpers ermöglicht eine Kompensation der auftretenden Toleranzen aller mit dem Sperrsystems in Verbindung stehenden Bauteile wie Übertragungs element, Schaltwelle und Sperrkörper. Diese Maßnahme hat damit eine weitere den Schaltkomfort unterstützende Wirkung.

Als Justierung bietet es sich an, in das Gehäuse eine Einstellschraube, beispiels weise ausgeführt als Madenschraube, einzusetzen, an die sich der Sperrkörper unmittelbar abstützt. Nach erfolgter Einstellung ist eine Sicherung der Einstell schraube beispielsweise mittels eines Sicherungsmittels vorgesehen, und damit eine selbsttätige Verstellung der Einstellschraube unterbunden.

Alternativ zu einer Einstellschraube sieht die Erfindung weiterhin einen Keilstift vor, mit dem eine Lagepositionierung des Sperrkörpers erzielbar ist. Der Keilstift ist dabei mit einem zylindrischen Abschnitt in einer achsparallel zur Aufnahme bohrung des Sperrkörpers im Gehäuse eingebrachte Bohrung eingesetzt. Dabei wird der Keilstift soweit in das Gehäuse verschoben, bis deren Keilfläche mit einer korrespondierenden Kontaktfläche des Sperrkörpers zusammenwirkt. Nach Justierung des Sperrkörpers wird der Keilstift im Gehäuse fixiert.

Erfindungsgemäß ist der Sperrkörper mit einem rohrförmigen Abschnitt auf einer im Gehäuse eingesetzten Achse geführt. Diese Anordnung bewirkt eine sichere Führung und vermeidet ein Verkanten des Sperrkörpers. An einem Ende ist der rohrförmige Abschnitt des Sperrkörpers mit einem radial ausgerichteten ersten Führungssegment versehen, dessen Abweisrampe mit dem Bord des Übertra gungselementes zusammenwirkt.

Der rohrförmige Abschnitt des Sperrkörpers ist vorzugsweise mit einem zweiten winkelversetzten Führungssegment versehen, das ebenfalls mit der Innenwan dung des Gehäuses zusammenwirkt.

Zur Vermeidung einer vergrößerten Kontaktfläche ist der Bord des Übertra gungselementes mit einer mit der Abweisrampe korrespondierenden Führungs fläche versehen. Diese Maßnahme vergrößert die Kontaktfläche beider Bauteile und verringert damit den Verschleiß.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt, die nachfolgend näher beschrieben sind. Es zeigen:

Fig. 1 einen Ausschnitt aus einem Getriebe, der die Einbaulage des erfindungsgemäßen Sperrsystems verdeutlicht;

Fig. 2 einen weiteren Ausschnitt aus dem Getriebe, der das Zusammen wirken des Sperrkörpers mit dem Übertragungselement zeigt;

Fig. 3 den erfindungsgemäßen Sperrkörper in einer Ansicht;

Fig. 4 den Sperrkörper gemäß Fig. 3 in der Vorderansicht;

Fig. 5 eine Schnittansicht 5-5 gemäß Fig. 1 mit einem durch eine Stell schraube justierbaren Sperrkörper;

Fig. 6 den Getriebeausschnitt gemäß Fig. 2, bei dem der Sperrkörper durch einen Keilstift justierbar ist.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Die Fig. 1 zeigt eine Schaltwelle 1, die über ein Wälzlager 2 in ein Gehäuse 3 dreh- und axialbeweglich gelagert ist. Axial beabstandet zu den Wälzlagern 2 ist auf der Schaltwelle 1 ein Übertragungselement 4 befestigt, das eine Bord buchse 5, ein Kulissensegment 6 sowie einen Schaltfinger 7 umfaßt. Die Bord buchse 5 ist dabei verdrehfest kraftschlüssig, z. B. über einen Preßsitz, auf der Schaltwelle 1 befestigt. Der topfartig geformte Bord 8 der Bordbuchse 5 ist dabei vom Wälzlager 2 abgewandt angeordnet. An dem vom Bord 8 gegen über liegenden Ende der Bordbuchse liegt ein Halteblech 9 an, an dem eine Druckfe der 10 abgestützt ist, die eine Verlagerung der Schaltwelle 1 in Richtung des Wälzlagers 2 bewirkt. An dem Bord 8, der die Schaltwelle 1 nahezu über einen Winkel von 180° konzentrisch umschließt, ist das Kulissensegment 6 befestigt, das sich einseitig von der Bordbuchse 6 in Richtung des Wälzlagers 2 erstreckt. Das Kulissensegment 6 ist mit einem radial nach außen ragenden Schaltfinger 7 versehen, der in einer Einbaulage in einer Schaltgasse geführt ist, wie seitlich versetzt zum Schaltfinger 7 symbolisch dargestellt ist. Zur Aufnahme des Schalt fingers 7 ist das Kulissensegment 6 mit einem rechteckförmig gestalteten Aus schnitt 11 versehen. Parallel versetzt zu der Schaltwelle 1 ist in eine Bohrung des Gehäuses 3 eine Achse 12 eingesetzt, auf der ein Sperrkörper 13 nach Überwindung einer Kraft einer Drehdruckfeder 14 axial verschiebbar und verdrehbar ist. Die Drehdruckfeder 14 ist dabei zwischen einem am Gehäuse 3 befestigten Stützblech 15 und dem Sperrkörper 13 lagepositioniert. An der von der Achse 12 abgewandten Seite des Stützblechs 15 liegt eine weitere Druckfeder 16 an. Der Sperrkörper ist über einen rohrförmigen Abschnitt 17 auf der Achse 12 geführt. An dem zum Stützblech 15 gerichteten Ende ist der Sperrkörper 13 mit einem einstückig am Abschnitt 17 angeordneten Führungs element 18 versehen, das mit einer Abweisrampe 19 (abgebildet in Fig. 2) am Bord 8 des Übertragungselementes 4 zusammenwirkt.

Wirkungsweise des Sperrsystems

Zur Vermeidung einer Fehlschaltung, d. h. einer Schaltung von einem Vorwärts gang in den Rückwärtsgang, die in einer Schaltgasse schaltbar sind, bietet das erfindungsgemäße Sperrsystem eine wirksame Lösung. Die Schaltwelle 1 ist Bestandteil einer Getriebeschaltung, die zur Vorwahl von Schaltgassen verdreh bar und zum Einlegen von Gängen axial verschiebbar ist. Dabei ist die Schalt welle 1 mit dem Übertragungselement 4 versehen, an dem der Schaltfinger 7 angeordnet ist und der in Schaltgassen geführt ist, die parallel zueinander angeordnet sind. Zur Verdeutlichung der Schaltgassenanordnung ist diese seitlich im Bereich des Schaltfingers 7 dargestellt. Die Schaltgassenanordnung zeigt, daß eine Sperre nur für die Schaltgasse notwendig ist, in der der fünfte Vorwärtsgang und der Rückwärtsgang gegenüberliegend schaltbar sind. Das erfindungsgemäße Sperrsystem ist so aufgebaut, daß bei einer Schaltung vom vierten in den fünften Gang, d. h. bei einem Wechsel der Schaltgasse, der Bord 8 des Übertragungselementes 4 das Führungssegment 18 des Sperrkörpers 13 erfaßt und diesen auf der Achse 12 axial verschiebt. Beim Verdrehen der Schaltwelle 1 in die Schaltposition des fünften Vorwärtsgangs entsprechend der strichpunktiert gezeichneten Schaltposition "D" des Schaltfingers 7 verdreht sich der Schaltfinger 13 entgegen der in Fig. 5 abgebildeten Lage im Drehsinn "B" und stützt sich mit dem Führungssegment 20 am Gehäuse 3 ab. Ein Zurück schalten vom fünften in den vierten Vorwärtsgang erfordert ein Verdrehen der Schaltwelle 1 in die Mittelposition, in der gleichzeitig eine Rampe 22 des Bordes 8 über das Führungssegment 18 den Sperrkörper 13 entgegen der Drehrichtung "B" verdreht, bis zur Anlage des Führungssegments 18 am Gehäu se 3. Der Sperrkörper 13 verhindert somit eine Verdrehung der Schaltwelle 1 im Drehsinn "A", wodurch gleichzeitig eine Fehlschaltung vom Vorwärtsgang in den Rückwärtsgang unterbunden ist. Zur Schaltung des Rückwärtsganges muß die Schaltwelle 1 zunächst in die Neutralstellung gebracht werden und dann in die benachbarte Schaltgasse verschoben werden, das heißt bis zu einem Versatz des Führungssegments 18 zur Rampe 22, die eine Verdrehung des Sperrkörpers 13 bis zur Anlage des Führungssegments 20 am Gehäuse 3 ermöglicht, auf grund der Wirkung der Drehdruckfeder 14. Anschließend kann eine erneute Axialverschiebung und Verdrehung der Schaltwelle 1 erfolgen, um den Schalt finger 7 in die strichpunktiert gezeichnete Stellung "E" zu verlagern, die der Rückwärtsgangposition entspricht.

Die Fig. 2 zeigt vergrößert dargestellt das erfindungsgemäße Sperrsystem und verdeutlicht das Zusammenwirken des Sperrkörpers 13 mit dem Übertragungs element 4. Das Übertragungselement 4 ist in zwei Positionen dargestellt. Die erste Position entspricht einer Neutralstellung, in der das Übertragungselement 4 zu dem Führungssegment 18, 20 des Sperrkörpers 13 axial beabstandet ist. In der strichpunktiert gezeichneten zweiten Position des Sperrkörpers 13 ist der Bord 8 an der Abweisrampe 19 des Führungselementes 18 abgestützt. Diese Position nimmt das Übertragungselement 4 in der Schaltgasse ein, in der ein Vorwärtsgang und ein Rückwärtsgang schaltbar ist. Dabei bewirkt die Abweis rampe 19 eine Verdrehung des Übertragungselementes 4, erkennbar durch die höhenversetzte Lage der strichpunktiert gezeichneten Bordbuchse 5. Die unter einem Winkel "α" zu einer Längsachse 27 geneigte Abweisrampe 19 bewirkt außerdem eine in axialer Richtung wirkende Kraftkomponente, die eine den Schaltkomfort verbessernde Umlenkung bewirkt.

Die Fig. 3 und 4 zeigen den erfindungsgemäßen Sperrkörper 13 in zwei Ansichten. Die Seitenansicht gemäß Fig. 3 verdeutlicht den Verlauf der Abweisrampe 19. Erfindungsgemäß kann diese als eine schräg verlaufende Gerade gestaltet sein, die unter einem Winkel "α" geneigt verläuft. Alternativ zu einer Geraden kann die Abweisrampe 19 auch mit einem konkaven Abschnitt 28 und/oder mit einem konvexen Abschnitt 29 versehen sein, um so eine beschleunigte oder verzögerte Umlenkbewegung des Übertragungselements 4 und damit der Schaltwelle 1 zu erreichen. Die Fig. 4 zeigt die Vorderansicht des Sperrkörpers 13 und verdeutlicht die Gestaltung der Führungssegmente 18, 20, die jeweils einen kreisbogenartigen Abschnitt aufweisen, über die sich der Sperrkörper 13 am Gehäuse 3 abstützt.

In Fig. 5 ist ein weiteres Merkmal der Erfindung abgebildet, das sich auf einen einstellbaren Stellkörper 13 bezieht. Dazu ist in der Wandung des Gehäuses 3 eine Stellschraube 22 eingesetzt, die einen Anschlag für das Führungssegment 18 bildet. Mit der vorzugsweise als Madenschraube ausgebildeten Stellschraube 23 kann der Sperrkörper 13 justiert werden, um so dieses Bauteil einstellen zu können, zur Erzielung einer optimalen Sperrfunktion. Die Stellschraube 23 ermöglicht weiterhin einen Toleranzausgleich aller in Verbindung stehenden, die Sperrfunktion ausübenden Bauteile.

Die Fig. 6 zeigt ein alternativ gestaltetes Bauteil, mit dem der Sperrkörper 13 einstellbar ist. Dazu ist in das Gehäuse 3 parallel zur Achse 12 eine Bohrung 25 zur Aufnahme eines Keilstiftes 24 eingebracht. Der Keilstift 24 ist endseitig mit einer Keilfläche versehen, die mit einer entsprechend gestalteten Fläche am Führungssegment 18 korrespondiert. Nach erfolgter Einstellung des Sperrkörpers 13 erfolgt eine Lagepositionierung des Keilstiftes 24, beispielsweise durch ein Sicherungsmittel. Alternativ zu den in den Fig. 5 und 6 abgebildeten Ein stellmitteln, mit denen ein wirksamer Toleranzausgleich des Sperrkörpers 13 erzielbar ist schließt die Erfindung auch weitere in den Figuren nicht abgebilde te Maßnahmen zum Toleranzausgleich ein. In Fig. 6 ist weiterhin ein Über tragungselement 4 abgebildet, dessen Bordbuchse 5 mit einer Führungsfläche 26 versehen ist in Form einer Abschrägung, die dem Kurvenverlauf der Abweisram pe 19 entspricht und damit eine breitflächige Anlage am Sperrkörper 13 sicher stellt, im Gegensatz zu einer linienberührten Anlage, die einem erhöhten Ver schleiß unterworfen ist.

Bezugszeichenliste

1

Schaltwelle

2

Wälzlager

3

Gehäuse

4

Übertragungselement

5

Bordbuchse

6

Kulissensegment

7

Schaltfinger

8

Bord

9

Halteblech

10

Druckfeder

11

Ausschnitt

12

Achse

13

Sperrkörper

14

Drehdruckfeder

15

Stützblech

16

Druckfeder

17

Abschnitt

18

Führungssegment

19

Abweisrampe

20

Führungssegment

21

Nockenfläche

22

Rampe

23

Stellschraube

24

Keilstift

25

Bohrung

26

Führungsfläche

27

Längsachse

28

Abschnitt (konkav)

29

Abschnitt (konvex)

Claims

1. Schaltvorrichtung für ein mechanisch schaltbares Zahnräderwechselgetriebe von Fahrzeugen, mit einer in einem Gehäuse (3) geführten Schaltwelle (1), die über einen Schalthebel zur Vorwahl einer Schaltgasse axial verschiebbar und zum Einlegen von Schaltstufen verdrehbar ist, wobei ein mit der Schaltwelle (1) verbundener Schaltfinger (7) mit verschiebbaren Schaltgabeln oder Schaltstangen in Eingriff steht und die Schaltvorrichtung ein Sperrsystem umfaßt, bestehend aus einem drehfest mit der Schaltwelle (1) verbundenen Übertragungselement (4) und einem parallel zur Schaltwelle (1) verdrehbar und verschiebbar angeord neten Sperrkörper (13), die zusammenwirkend die Schaltung eines Vorwärts gangs ermöglicht und ein Durchschalten in einen in derselben Schaltgasse schaltbaren Rückwärtsgangs unterbindet, gekennzeichnet durch einen Sperr körper (13) mit einer als Abweisrampe (19) gestalteten Sperrfläche, an der sich ein Bord (8) des Übertragungselementes (4) abstützt.

2. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ab weisrampe (19) unter einem Neigungswinkel "α" zu einer Längsachse (27) des Sperrkörpers (13) ausgerichtet ist.

3. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ab weisrampe (19) eine schräg verlaufende Gerade bildet.

4. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ab weisrampe (19) zumindest einen konkaven Abschnitt (18) aufweist.

5. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Abweisram pe (19) mit zumindest einem teilweise konkav gestalteten Abschnitt (29).

6. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sperrkörper (13) gegenüber dem Übertragungselement (4) justierbar ist.

7. Schaltvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Sperrkörper (13) mit einer im Gehäuse (3) eingesetzten Stellschraube (23) justiert werden kann.

8. Schaltvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein in eine Bohrung des Gehäuses (3) eingesetzter Keilstift (24) zur Lagepositionierung des Sperrkörpers (13) vorgesehen ist.

9. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sperrkörper (13) mit einem rohrförmigen Abschnitt (17) auf einer im Gehäuse (3) eingesetzten Achse (12) geführt ist.

10. Schaltvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Abschnitt (17) ein radial ausgerichtetes, mit der Abweisrampe (19) versehenes Führungssegment (18) aufweist, das mit dem Bord (8) des Über tragungselementes (4) zusammenwirkt.

11. Schaltvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Sperrkörper (13) mit einem weiteren, winkelversetzt zum ersten Führungsseg ment (18) angeordneten zweiten Führungssegement (20) versehen ist, welches in der Neutralstellung des Sperrkörpers am Gehäuse (3) abgestützt ist.

12. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bord (8) des Übertragungselementes (4) eine der Abweisrampe (19) entsprechend ausgerichtete Führungsfläche (26) aufweist.