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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Getriebe-Schaltvorrichtung,
insbesondere eines Kraftfahrzeugs gemäß der Präambel des Anspruchs 1.
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Sie
betrifft insbesondere die Getriebe der Kraftfahrzeuge.
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Das
Dokument FR-A-2 817 314 beschreibt eine Schaltvorrichtung für ein Kraftfahrzeug-Getriebe.
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Das
Dokument
EP 0 301 724
A beschreibt eine Schaltvorrichtung und offenbart die Merkmale der
Präambel
des Anspruchs 1.
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Das
Getriebe wird von einem Antriebsmotor angetrieben, der mit dem Getriebe über eine
ausrückbare
Kupplung verbunden ist.
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Die
Schaltvorrichtung umfasst einen Antriebszapfen, der dazu ausgelegt
ist, die Schaltstangen zu betätigen,
wovon jede mit einer Drehzahlübertragungsgabel
verbunden ist. Der Zapfen ist translatorisch zwischen bestimmten
Selektionspositionen der Stangen beweglich. Er ist ferner rotatorisch
beweglich, um eine Stange zu verschieben, die zwischen einer gewählten Gangeingriffsposition
und einer Leerlaufposition zu verschieben ist. Der Zapfen wird zwischen
seinen Selektionspositionen durch einen Selektionsmotor angetrieben,
wovon die Austrittswelle mit einer Antriebsschraube des Zapfens verbunden
ist. Die Winkelposition der Welle des Motors entspricht in jedem
Moment der entsprechenden Selektionsposition des Zapfens.
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Die
Vorrichtung weist ferner einen Übertragungsmotor
auf, der dazu ausgelegt ist, den Zapfen zwischen seiner Eingriffs-
und Leerlaufposition anzutreiben.
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Bei
einem Schaltvorgang, der die Selektion einer Stange notwendig macht,
die anders ist als die gerade gewählte, wird die ausrückbare Kupplung,
die den Motor und das Getriebe verbindet, zunächst in eine ausgekuppelte
Konfiguration gebracht, die die Transmission des Moments des Motors
auf das Getriebe unterbricht, anschließend wird der Zapfen in seine
Leerlaufposition gebracht, und sodann durch den Selektionsmotor
in die entsprechende Selektionsposition gebracht, bevor er in die
neue Gangposition gebracht wird. Schließlich wird die ausrückbare Kupplung
erneut in ihre eingekuppelte Konfiguration gebracht, um die Transmission
des Moments des Antriebsmotors auf das Getriebe fortzusetzen.
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Diese
Schaltvorrichtung erzeugt eine ausreichend lange Unterbrechungsdauer
des Moments zwischen dem Antriebsmotor und dem Getriebe bei einer
Schaltung, die eine Selektionspositionsänderung des Zapfens notwendig
macht. Dies beruht auf der Tatsache, dass die Selektionsposition
der Welle des Selektionsmotors und die Selektionsposition des Zapfens
zu jeder Zeit identisch sind. Folglich muss der Zapfen in seine
Leerlaufposition gebracht werden, bevor der Selektionsmotor die
neue Selektionsposition antreiben kann.
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Diese
Schaltvorrichtung macht ferner eine Regelungsvorrichtung notwendig,
die zunächst
den Übertragungsmotor,
anschließend
den Selektionsmotor und schließlich
erneut den Übertragungsmotor betätigt. Diese
drei Aktionen machen die Regelungsvorrichtung komplex. Ferner müssen die
Motoren ein Moment und eine große
Dynamik aufweisen, um eine kurze Schaltzeit zu erhalten.
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Ziel
der vorliegenden Erfindung ist es, zumindest den ersten genannten
Nachteil zu entschärfen und
eine Steuerungsvorrichtung vorzuschlagen, die eine kurze Unterbrechungszeit
des Moments bei einem Schaltvorgang aufweist, was eine Selektionspositionsänderung
des Zapfens impliziert.
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In
dieser Hinsicht besteht der Gegenstand der Erfindung in einer Schaltvorrichtung
des zuvor genannten Typs, die dadurch gekennzeichnet ist, dass das
Durchgangsmittel und das Selektionsmittel und das Antriebselement
zwischen ihren jeweiligen Selektionspositionen unabhängig voneinander
beweglich sind und dass die Vorrichtung ferner mindestens eine Feder
aufweist, die mit dem Antriebselement und dem Durchgangs- und Selektionsmittel
verbunden ist, derart, dass, wenn mindestens eine Feder sich im
entspannten Zustand befindet, die Selektionsposition des Durchgangs-
und Selektionsmittels der Selektionsposition des Antriebselements
entspricht, und dadurch, dass die Selektionsrichtung eine Rotationsrichtung
um eine Achse ist, und dadurch, dass mindestens diese eine Feder
dazu ausgelegt ist, durch eine relative Rotation des Durchgangs-
und Selektionsmittels bezüglich
des Antriebselements vorgespannt zu werden.
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Nach
den bestimmten Ausführungsformen weist
die erfindungsgemäße Vorrichtung
das eine oder mehrere der folgenden Merkmale auf:
- – die Vorrichtung
weist unter anderem einen Verriegelungsschlüssel auf, der vorgesehen ist,
in die Gabeln in ihrer neutralen Position einzugreifen, der mit
dem Durchgangs- und Selektionsmittel aus einem Stück besteht,
unter Verschiebung in die Selektionsrichtung, wobei das Durchgangs- und
Selektionsmittel bezüglich
des Verriegelungsschlüssels
in Durchgangsrichtung beweglich ist, und mindestens eine Feder mit
dem Durchgangs- und Selektionsmittel über den Verriegelungsschlüssel verbunden
ist;
- – die
Durchgangsrichtung ist eine Translationsrichtung längs der
Achse;
- – die
Feder eine Spiralfeder ist;
- – das
Antriebselement ist eine Antriebswelle, die in Durchgangsrichtung
verläuft,
und die Spiralfeder verläuft
koaxial zu der Antriebswelle;
- – die
Vorrichtung weist folgendes auf: einen Selektionsmotor, der zum
Betreiben des Antriebselements zwischen seinen Selektionspositionen
ausgelegt ist, und einen Durchgangsmotor, der zum Betreiben des
Durchgangs- und Selektionsmittels zwischen seinen Eingriffs- und
Leerlaufpositionen ausgelegt ist; und
- – die
Vorrichtung umfasst Widerlager, die dazu ausgelegt sind, das Durchgangs-
und Selektionsmittel in seiner Selektionsposition zu halten, wenn es
sich in einer Eingriffsposition befindet und wenn sich das Antriebselement
außerhalb
der Selektionsposition, die derjenigen des Mittels entspricht, befindet.
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Gegenstand
der Erfindung ist ferner eine Einheit aus einem Getriebe, das Schaltgabeln
aufweist, und eine Schaltvorrichtung, die dadurch gekennzeichnet
ist, dass die Schaltvorrichtung eine Vorrichtung, wie vorstehend
definiert, ist.
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Nach
einer Variante ist die Einheit dadurch gekennzeichnet, dass mindestens
das eine der Widerlager von einer der Gabeln getragen wird, und
insbesondere mit einer der Gabeln aus einem Stück besteht.
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Gegenstand
der Erfindung ist ferner ein Kraftfahrzeug, welches eine Einheit
aus einem Getriebe und einer Getriebeschaltvorrichtung aufweist, dadurch
gekennzeichnet, dass die Einheit eine Einheit, wie vorstehend definiert,
ist.
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Die
Erfindung wird bei der Lektüre
der folgenden Beschreibung besser verstanden, die ausschließlich als
Erläuterung
angegeben ist, und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
gefertigt wurde. Es zeigen:
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1 eine
perspektivische Vorderansicht von drei Vierteln eines Teils eines
Getriebes und einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; und
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2 eine
vergrößerte Ansicht
eines Details der 1, gesehen in Pfeilrichtung
II der 1, wobei ein Teil des Gehäuses entfernt und eine Drehzahl eingeleitet
ist.
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Die 1 zeigt
einen Teil eines Getriebes 2 eines Kraftfahrzeugs und eine
erfindungsgemäße Schaltvorrichtung 4.
Das Getriebe 2 ist mit einem Antriebsmotor über eine
nicht dargestellte ausrückbare Kupplung
verbunden. Die ausrückbare
Kupplung kann zwischen einer eingekuppelten und einer ausgekuppelten
Konfiguration umgeschaltet werden.
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Das
Getriebe 2 umfasst vier Schaltgabeln 6A, 6B, 6C, 6D,
die an sich bekannt und ausgelegt sind, die nicht dargestellten
Welten des Getriebes zwischen den verschiedenen Durchgangspositionen zu
verschieben. Jede der Gabeln 6A bis 6D weist, wie
in 1 dargestellt, eine neutrale Position auf, in der
die entsprechende Drehzahl nicht eingeleitet ist. Jede der Gabeln 6A bis 6D ist
durch lineares Gleiten, ausgehend von ihrer neutralen Position in
eine Durchgangsrichtung P, in zwei Durchgangspositionen verschiebbar,
die sich zu beiden Seiten ihrer neutralen Position befinden. Somit
ist die Gabel 6A dazu ausgelegt, die erste und die zweite
Drehzahl zu übertragen,
die Gabel 6B ist dazu ausgelegt, die dritte und vierte
Drehzahl zu übertragen,
die Gabel 6C ist dazu ausgelegt, die fünfte und die sechste Drehzahl
zu übertragen
und die Gabel 6D ist dazu ausgelegt, zwei Drehzahlen des
Rückwärtsgangs
zu übertragen.
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Ferner
umfasst jede Gabel 6A bis 6D einen Antriebsnocken 8,
in dem eine Antriebskerbe 12 vorgesehen ist. Wenn sich
die Gabeln 6A bis 6D in ihrer neutralen Position
befinden, sind die Kerben 12 in einer Ebene zueinander
ausgerichtet, die sich senkrecht zur Richtung P erstreckt. Jeder
Antriebsnocken 8 umfasst ferner eine Widerlagerfläche 13 (siehe nachstehend).
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Die
Schaltvorrichtung 4 umfasst ein Gehäuse 14, das am Getriebe 2 befestigt
ist, und ein Drehzahlübersetzungs-
und -selektionselement 16. Dieses Element 16 ist
mit einem Übersetzungs-
und Drehzahlselektionsmittel 18 und mit einem Verriegelungsmittel 20 für die Gabeln 6A bis 6D versehen. Wie
in 2 erläutert,
weist das Mittel 18 eine Muffe 22 der Achse X-X
auf, auf der radial zwei Durchgangs- und Selektionszapfen 24, 26 abstehen.
Das Mittel 18 ist rotatorisch um die Achse X-X beweglich, die
parallel zur Durchgangsrichtung P zwischen vier verschiedenen Selektionspositionen
in eine Selektionsrichtung S verläuft. In jeder Selektionsposition verläuft nur
einer der Zapfen 24, 26 in einer der Kerben 12,
während
sich der andere Zapfen 26, 24 außerhalb
der Kerben 12 befindet. Das Durchgangs- und Selektionsmittel 18 ist
in der Durchgangsrichtung P zwischen einer Leerlaufposition (1),
in der sich alle Gabeln 6A bis 6D sich in ihrer
Leerlaufposition befinden, und zwei Eingriffspositionen, die zu
beiden Seiten der neutralen Position liegen, beweglich.
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Wenn
der Zapfen 24, 26 in eine der Kerben 12 eingreift,
führt eine
Verschiebung des Mittels 18 zwischen ihren eingekuppelten
Positionen und Leerlaufpositionen die Gabeln 6A bis 6D,
die damit verbunden sind, in ihre entsprechende Position. Eine Verschiebung
des Mittels 18 gestattet somit die Übersetzung in die verschiedenen
Drehzahlen des Getriebes.
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Das
Durchgangs- und Selektionsmittel 18 weist ferner einen
radialen Übersetzungsnocken 28 auf,
der gegenüber
den Zapfen 24, 26 angeordnet liegt.
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Das
Mittel 18 kann zwischen seiner Leerlaufposition und eingekuppelten
Position mittels einer Antriebsbacke 30, die rotatorisch
um eine Achse Y-Y beweglich ist, angetrieben werden. Die Achse Y-Y
ist senkrecht zur Achse X-X angeordnet und zu dieser axial versetzt.
Diese Backe 30 weist zwei Arme 31A, 31B auf,
die zu beiden Seiten des Übersetzungsnockens 28 verlaufen,
derart, dass eine Rotation der Backe 30 in eine lineare
Verschiebung des Mittels 18 umgewandelt wird. In dieser
Hinsicht sind die Arme 31A und 31B und der Nocken 28 in
ihren gegenseitigen Kontaktpunkten um eine Achse, die parallel zur Achse
X-X verläuft,
und um eine Achse, die parallel zur Achse Y-Y verläuft, frei
drehbar.
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Die
Backe 30 wird durch einen elektrischen Übersetzungsmotor 32 und
durch eine Untersetzungsstufe 34 betätigt.
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Das
Verriegelungsmittel 20 ist ein Verriegelungsschlüssel, der
translatorisch fest durch das Gehäuse 14 längs der
Achse X-X gehalten wird, dann in der Übersetzungsrichtung P und rotatorisch
um diese Achse X-X, daher in der Selektionsrichtung S, beweglich
ist. Der Schlüssel 20 besteht
aus zwei Verriegelungsteilen 40, 42 und zwei Montageflanschen 44, 46.
Jeder der Verriegelungsteile 40, 42 weist eine
allgemeine Form eines Kreissektors und zwei radiale Schlitze 48, 50 auf,
in denen die Zapfen 24, 26 verlaufen. Die Breite
der Schlitze 48, 50 entsprechen in Etwa der Breite
der Zapfen 24, 26. Somit sind das Mittel 18 und
der Schlüssel 20 rotatorisch
fest zueinander um die Achse X-X fixiert. Das Mittel 18 ist translatorisch
in Richtung P zwischen den Flanschen 44, 46 beweglich.
Die Schlitze 48, 50 erstrecken sich auf einer
axialen Länge,
die ausreicht, um die gemeinsame Rotation des Mittels 18 und
des Schlüssels 20 zu
gewährleisten,
gleich welche axiale Position das Mittel 18 aufweist.
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Die
Verriegelungsteile 40, 42 des Schlüssels 20 weisen
eine axiale Breite auf, die der Breite der Kerben 12 entspricht.
Somit ist der Schlüssel 20 dazu ausgelegt,
die Gabeln 6A bis 6D zu blockieren, in die in
ihrer neutralen Position kein Zapfen 24, 26 eingreift.
Die Montageflansche 44, 46 sind kreisförmige Ringe,
die koaxial zur Achse X-X von beiden Seiten der Klemme 22 und
mit einem Abstand von dieser angeordnet sind.
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Eine
Antriebswelle 60, die in dem Gehäuse 14 liegt und die
längs der
Achse X-X verläuft,
ist um diese Achse zwischen den Winkelselektionspositionen, entsprechend
den Selektionspositionen des Elements 16, rotatorisch beweglich.
Das Durchgangs- und Selektionselement 16 ist rotatorisch
um die Achse X-X zur Antriebswelle 60 beweglich. Somit können die
Welle 60 und das Element 16 für beide unterschiedliche Winkelselektionspositionen
einnehmen.
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Der
Verriegelungsschlüssel 20 ist über zwei Torsionspiralfedern 62, 64,
die koaxial zur Achse X-X zu beiden Seiten der beiden Flansche 44, 46 angeordnet
sind, mit der Antriebswelle 60 verbunden. Jede Feder 62, 64 weist
ein Ende, das an der Antriebswelle 60 befestigt ist, und
ein weiteres Ende, das an einer der Flansche 44, 46 befestigt
ist, auf. In der Ruheposition, in der die Federn 62, 64 nicht
tordiert sind, entspricht die Winkelselektionsposition der Welle 60 der
Winkelselektionsposition des Elements 16. Wenn die Selektionspositionen
der Welle 60 und des Elements 16 voneinander abweichen,
zwingen die Federn 62, 64 das Element 16 in
die Selektionsposition der Welle 60.
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Die
Antriebswelle 60 kann zwischen ihren verschiedenen Selektionspositionen
durch einen elektrischen Selektionsmotor 70 und durch eine
Untersetzungsstufe 72 in Rotation versetzt werden.
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Die
Widerlagerflächen 13 der
Antriebsnocken 8 sind dazu ausgelegt, das Element 16 in
seiner Selektionsposition zu halten, wenn sich das Mittel 18 in
einer seiner Übersetzungspositionen
befindet, und insbesondere, wenn sich die Welle 60 in einer
anderen Selektionsposition befindet als das Element 16. Diese
Oberflächen 13 verlaufen
radial zur Achse X-X und befinden sich gegenüber den radialen Enden der Zapfen 24, 26.
Die Widerlagerfläche 13 ist
zweckmäßigerweise
aus mit dem Nocken 8 und daher mit der Gabel einem Stück gefertigt.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
funktioniert auf folgende Weise.
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Zuerst
befindet sich die Vorrichtung in der in 1 dargestellten
Position.
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Die
ausrückbare
Kupplung befindet sich in ihrer eingekuppelten Position. Die Gabeln 6A bis 6D befinden
sich in ihrer neutralen Position, in der keine Drehzahl eingeleitet
ist. Das Durchgangs- und Selektionsmittel 18 befindet sich
in seiner Leerlaufposition. Die Selektionsposition der Antriebswelle 60 entspricht
der Selektionsposition des Mittels 18, und folglich sind
die Federn 62, 64 entspannt. Der Zapfen 24 ist
mit dem Antriebsnocken 8 der ersten Gabel 6A ausgerichtet
und verläuft
in deren Kerbe 12.
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Um
die erste Drehzahl zu übersetzen,
wird die ausrückbare
Kupplung in ihre ausgekuppelte Konfiguration gebracht, der Übersetzungsmotor 32 wird
in einen ersten Gang betätigt,
was die Backe 30 in Rotation um die Achse Y-Y versetzt
und die Zapfen 24, 26 in Richtung P auf der Antriebswelle 60 zur
Verschiebung veranlasst. Somit wird die erste Gabel 6A in
die Übersetzungsposition
der ersten Drehzahl gebracht. Der Verriegelungsschlüssel 20 hält die anderen
Gabeln 6B bis 6D in ihrer neutralen Position.
Anschließend
wird die ausrückbare
Kupplung in ihre eingekuppelte Position gebracht.
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Um
die zweite Drehzahl zu übersetzen,
wird zunächst
die ausrückbare
Kupplung in ihre ausgkuppelte Konfiguration gebracht. Anschließend wird
der Übersetzungsmotor 32 in
einem zweiten Gang, umgekehrt dem ersten wirkend, betätigt, und
die erste Gabel 6A wird in ihrer neutralen Position in
Richtung P und anschließend
darüber
hinaus von dieser in die Übersetzungsposition
der zweiten Drehzahl verschoben. Schließlich wird die ausrückbare Kupplung
in ihre eingekuppelte Konfiguration gebracht.
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Um
die dritte Drehzahl zu übersetzen,
wird zunächst
der Selektionsmotor 70 betätigt, um die Antriebswelle 60 in
Rotation in Selektionsrichtung S zu versetzen, und diese in ihre
Winkelselektionsposition entsprechend der dritten Drehzahl zu bringen.
Während
dieser Zeit wird das Element 16 in der Winkelselektionsposition,
entsprechend der ersten und der zweiten Drehzahl, durch Anlegen
des Zapfens 24 auf die Widerlagerfläche 13 der Gabel 6B gehalten.
Folglich sind die Federn 62, 64 mechanisch vorgespannt. Wenn
die Welle 60 die gewünschte
Selektionsposition erreicht, wird der Selektionsmotor 70 gestoppt. Anschließend wird
die ausrückbare
Kupplung in ihre ausgekuppelte Position gebracht. Der Übersetzungsmotor 32 wird
in Gang gesetzt und bewegt den Zapfen 24 über die
Backe 30, den Nocken 28 und die Klemme 22 in
seine ausgekuppelte Position. Die erste Gabel 6A wird somit
in ihre neutrale Position gebracht. Wenn der Zapfen 24 seine
ausgekuppelte Position erreicht, wird der Verriegelungsschlüssel 20 und
folglich das Mittel 18 durch die Federn 62, 64 um die
Achse X-X in seine Selektionsposition gebracht, die der Selektionsposition
der Antriebswelle 60 und somit der Selektionsposition der
dritten Drehzahl entsprechen. Der Zapfen 24 wird also in
der Kerbe 12 der Gabel 6B gehalten. Der Übersetzungsmotor 32 verfolgt
die Verschiebung des Zapfens 24, was die zweite Gabel 6B in
ihre Übersetzungsposition
der dritten Drehzahl bringt (siehe 2) und den
Zapfen 24 auf dem Widerlager 13 der Gabel 6A lagert. Schließlich wird
die ausrückbare
Kupplung in ihre eingekuppelte Position gebracht.
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Die
Drehzahländerungen
zwischen der dritten und vierten Drehzahl, zwischen der fünften und sechsten
Drehzahl und zwischen der ersten und zweiten Drehzahl des Rückwärtsgangs
werden entsprechend der Drehzahländerung
zwischen der ersten und zweiten Drehzahl, durchgeführt. Die
Drehzahländerungen
zwischen der vierten und fünften Drehzahl
und zwischen der ersten Drehzahl und der ersten Drehzahl des Rückwärtsgangs
werden entsprechend der Drehzahländerung
zwischen der zweiten und dritten Drehzahl durchgeführt.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
weist unter anderem die folgenden Vorteile auf.
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Bei
einer Drehzahlübersetzung
in eine andere Drehzahl, die eine Selektionspositionsänderung des
Mittels 18 notwendig macht, ist die Momentunterbrechungsdauer
angesichts dessen gering, dass die Antriebswelle 60 in
ihre entsprechende Selektionsposition vor dem Auskuppeln gebracht
werden kann. Ferner ist die Trägheit
der Elemente, die während des
Selektionsschrittes anzutreiben sind angesichts dessen, gering dass
die Antriebswelle 60 und das Übersetzungs- und Selektionselement 16 nacheinander
in ihre Selektionsposition gebracht werden. Ferner kann der Selektionsmotor 70 ein
nominal geringes Antriebsmoment und eine ebenfalls geringe Dynamik
angesichts dessen, dass die Selektion der Gabel vor dem Auskuppeln
durchgeführt
wird, aufweisen.
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Für eine einzige
Drehzahländerung,
die eine Selektionspositionsänderung
notwendig macht, genügt
es, den Übersetzungsmotor 32 ein
einziges Mal zu starten. Folglich ist die Regelungsvorrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
sehr einfach.
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Wenn
die Federn 62, 64 im mechanisch vorgespannten
Zustand vorliegen, drückt
einer der Zapfen 24, 26 gegen eine Widerlagerfläche 13 der
Antriebsnocken 8, was verhindert, dass sich das Mittel 18 in
die Selektionsposition der Welle 60 verschiebt. Somit ist
kein getrenntes Stück
notwendig, das das Widerlager bildet, was die Fertigungs- und Montagekosten
reduziert.
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Ferner
macht die erfindungsgemäße Vorrichtung
wenig Modifikationen der bekannten Getriebe notwendig.