DE69811944T2

DE69811944T2 - Schaltgetriebe für fahrzeug

Info

Publication number: DE69811944T2
Application number: DE69811944T
Authority: DE
Inventors: Sverker Alfredsson; Stig-Erik Johannesson; Ronald Olsson
Original assignee: Volvo Lastvagnar AB
Current assignee: Volvo Truck Corp
Priority date: 1997-12-15
Filing date: 1998-12-15
Publication date: 2003-12-11
Anticipated expiration: 2018-12-16
Also published as: WO1999031409A1; SE9704670D0; JP2002508488A; SE9704670L; BR9813512A; ES2194383T3; SE511036C2; EP1038126A1; US6370980B1; EP1038126B1; DE69811944D1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Fahrzeuggetriebe mit einem Grundgetriebe mit eine in einem Gehäuse montierten Antriebswelle, einer durch die Antriebswelle angetriebenen Vorgelegewelle, einer Hauptwelle, paarweise kämmenden Zahnrädern, die durch die Vorgelegewelle und die Hauptwelle getragen sind und von denen mindestens ein Zahnrad in jedem Paar frei drehbar auf seiner Welle montiert ist und auf seiner Welle mittels einer zugehörigen Betätigungshülse, die nicht drehbar, jedoch axial verschiebbar auf der Welle angeordnet ist, verriegelbar ist, wobei die Betätigungshülse mit einer Synchronisiereinrichtung zusammenwirkt, einer Schaltsteuerung, deren Bewegung in einer Richtung von einer neutralen Position über bewegungsübertragende Elemente eine Verschiebung einer der Betätigungshülsen in eine Betätigungsposition erzeugt, und deren Bewegung von der neutralen Position in eine andere Richtung eine Verschiebung einer anderen der Betätigungshülsen in eine Betätigungsposition erzeugt, und mit einem Hoch-Niederbereichsgetriebe mit einer Abtriebswelle und einer Verriegelungseinrichtung, die ein Blockierelement mit einer Betriebseinrichtung aufweist, die unter vorbestimmten Betriebsbedingungen das Blockierelement in einer verriegelten Position, in welcher es die Bewegung der Schaltsteuerung verhindert, hält.
Ein derartiges Fahrzeuggetriebe gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 ist aus US-A-4,986,142 bekannt.
Es ist vorbekannt, ein Fahrzeuggetriebe des oben beschriebenen Typs vorzusehen, bei dem eine Hauptwelle mit einem nachfolgenden Bereichsgetriebe von Planetentyp gekoppelt ist, beispielsweise wie in SE 8306735-5 beschrieben, mit einer Verriegelungseinrichtung zum Verhindern eines Fehlstartens. Eine Verriegelungsfunktion, die ein Schalten in dem Grundgetriebe von dem Zeitpunkt verhindert, wenn ein Schalten in dem Bereichsgetriebe initiiert worden ist, bis dieses Schalten abgeschlossen worden ist, d. h. wenn der Schaltwählmechanismus in seine inaktive Position zurückgekehrt ist, setzt einen Sensor ein, der mit dem Betriebszylinder des Bereichsgetriebes zusammenwirkt und die Position dessen Kolbenstange misst. Wenn der Fahrer einen neuen Bereich (niedrig zu hoch oder umgekehrt) auswählt, wird das Schalten initiiert, indem Luft zu dem Betriebskolben des Bereichsgetriebes gefördert wird, sobald der Schalthebel des Getriebes die neutrale Position erreicht. Während der Initialbewegung des Betriebszylinders steuert ein Ventil unter dem Einfluss des Sensors die Druckluft zu einem Betriebszylinder, der mit dem Blockierelement verbunden ist, und der Betriebszylinder bewegt das Blockierelement in eine Position, in welcher er die Steuerwelle in der neutralen Position verriegelt. Wenn das Schalten des Bereichsganges abgeschlossen worden ist, wird der Betriebszylinder des Blockierelements zurückgezogen und eine mit dem Blockierelement zusammenwirkende Federeinrichtung bewegt das Blockierelement aus seinem blockierenden Eingriff, so dass ein neuer Gang in dem Grundgetriebe eingelegt werden kann.
Eine weitere Verhinderungsfunktion, die ein Schalten von dem hohen Bereich in den niedrigen Bereich bei Geschwindigkeiten oberhalb einer vorbestimmten Geschwindigkeit verhindert, setzt einen Geschwindigkeitssensor ein, der ein Magnetventil in der Druckluftzufuhrleitung zu dem Betriebszylinder des Bereichsgetriebes steuert. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit die vorbestimmte Geschwindigkeitsgrenze überschreitet, schließt das Magnetventil und verhindert, dass Druckluft zu dem Betriebszylinder gefördert wird.
In Getrieben für schwere Lastkraftwagen, sowohl mit als auch ohne Bereichsgetriebe, mit einer Einrichtung zum Verhindern des Fehlschaltens vom oben beschriebenen Typ, gibt es manchmal sogenannte Servosynchronisierer. Derartige Synchronisierer nutzen die Drehenergie der drehenden Teile des Getriebes selbst zum Vermindern der für die Synchronisierarbeit erforderlichen Schalthebelkraft. Im Prinzip kann Schalten, nach manuellem Einleiten der Synchronisiersequenz (eine leichte Bewegung des Schalthebels von der neutralen Position zu einer Gangeinlegeposition) vollständig durch das Servosystem durchgeführt werden. Dies bringt allerdings eine Anzahl von Gefahren mit sich. In einem bekannten Getriebe mit einem Grundgetriebe uni einem Hoch- Niederbereichsgetriebe wird die Hebelposition für den vierten Gang dieselbe sein wie für den ersten Gang. Wenn vom dritten in den vierten geschaltet wird, muss der in dem Bereichsgetriebe eingelegte Niederbereichsgang zuerst in den hohen Bereich geschaltet werden, und dann muss der dritte in den ersten in dem Grundgetriebe geschaltet werden. Schalten in dem Bereichsgetriebe wird normalerweise durch Vorauswahl mit einem an dem Ganghebel des Grundgetriebes angeordneten Auswähler vorgenommen, und das Schalten selbst wird eingeleitet, wenn der Ganghebel die neutrale Position erreicht, wo er blockiert gehalten wird, solange der Schaltmechanismus in dem Bereichsgetriebe in Bewegung ist. Falls allerdings der Fahrer vergisst, den hohen Bereich auszuwählen, wenn ein Schalten vom dritten in den vierten durchgeführt wird, wird das Ergebnis stattdessen ungewollt ein Versuch sein, den ersten Gang einzulegen. Da der Schaltmechanismus in dem Bereichsgetriebe nicht in Bewegung ist, wird der Ganghebel des Grundgetriebes nicht blockiert sein und der Fahrer kann den Hebel in die Position für den ersten Gang bewegen. Mit herkömmlichen Synchronisiervorrichtungen wird das Schalten infolge des großen Unterschieds der Drehzahl beim Schalten vom dritten in den vierten derart schwierig sein, dass der Fahrer erkennen wird, dass er versucht, den falschen Gang einzulegen. Mit Servosynchronisierern oder einer anderen wirksamen Synchronisiereinrichtung, beispielsweise Triple- Synchronisierern, wird das nicht derart deutlich erkannt werden und das Schalten kann vorgenommen werden, mit einer Gefahr schwerwiegender mechanischer Beschädigung, beispielsweise einem Explodieren von Kupplungsscheiben, was zu Verletzung von Personen führen kann.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Getriebe des eingangs beschriebenen Typs bereitzustellen, das derart ausgestattet ist, dass das beschriebene Fehlschalten, welches durch Vergessen des Schaltens vom niedrigen Bereich in den hohen Bereich verursacht wird, nicht abgeschlossen werden kann.
Dies wird erfindungsgemäß mittels der Tatsache erzielt, dass die Betriebseinrichtung des Blockierelements mit einem ersten Sensor, der angeordnet ist, um die Drehzahl der Abtriebswelle des Bereichsgetriebes zu messen, und einem zweiten Sensor, der angeordnet ist, um den betätigten Bereich in dem Bereichsgetriebe zu messen, abgestimmt ist, und dass die Betriebseinrichtung das Blockierelement in einer entriegelten Ppsition hält, was eine Bewegung der Schaltsteuerung zu der Position für den niedrigsten synchronisierten Gang in dem Grundgetriebe verhindert, wenn die Drehzahl eine vorbestimmte Drehzahl in dem Niederbereich des Bereichsgetriebes überschreitet.
Die Erfindung wird ausführlicher unter Bezugnahme auf in den begleitenden Zeichnungen gezeigte Beispiele beschrieben, wobei
Fig. 1 zeigt eine teilweise freigeschnittene Seitenansicht eines Getriebes gemäß der Erfindung mit einem Grundgetriebe und einem Bereichsgetriebe;
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch einen Verriegelungsmechanismus für das in Fig. 1 gezeigte Getriebe; und
Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt durch einen Abschnitt des Bereichsgetriebes, das einen Betriebszylinder aufweist.
In Fig. 1 bezeichnet 1a das Gehäuse eines Grundgetriebes, in welchem eine Antriebswelle 2, eine Vorgelegewelle 3 und eine Hauptwelle 4 montiert sind. Die Antriebswelle 2 treibt die Vorgelegewelle 3 über ein Paar von Zahnrädern 5 bzw. 6 an der jeweiligen Welle an. An der Vorgelegewelle 3 sind fünf zusätzliche Zahnräder 7, 8, 9, 10 und 11 befestigt, von denen die Zahnräder 7, 8 und 9 in die Zahnräder 12, 13 und 14 eingreifen, die drehbar an der Hauptwelle 4 montiert sind, und die zu der Hauptwelle 4 mit Hilfe axial verschiebbarer Betätigungshülsen 15 bzw. 16 verriegelbar sind, welche mit Synchronisiervorrichtungen (hier nicht ausführlicher gezeigt) eines an sich bekannten Typs zusammenwirken. Diese können beispielsweise von dem in SE-A-502 042 gezeigten beschriebenen Typ sein, d. h. sogenannte Servosynchronisierer. Erste, zweite und dritte Gänge werden durch Eingreifen des Zahnrades 13, des Zahnrades 14 bzw. des Zahnrades 12 in dieser Reihenfolge an der Hauptwelle 4 durch Verschieben der jeweiligen Betätigungshülse 15, 16 mit Hilfe des Gangschaltmechanismus erhalten. Der Mechanismus umfasst ein Paar von Schaltstangen 17, 18, die jeweils eine Kerbe 19 besitzen, in welche ein Finger 20 an einer Steuerwelle 21 eingeführt werden kann. Die Schaltstange 17 ist schwenkbar mit einer Schaltgabel 22 verbunden, die schwenkbar in dem Getriebegehäuse 1a montiert ist und in die Betätigungshülse 15 eingreift. Die Schaltstange 18 ist schwenkbar mit einer Schaltgabel 23 verbunden, die in dem Getriebegehäuse montiert ist und die in die Betätigungshülse 16 eingreift. Die Steuerwelle 21 ist quer zu der Axialrichtung des Getriebes montiert und ist in dieser Richtung verschiebbar sowie drehbar. Wenn die Steuerwelle 21 axial verschoben wird, wird der Finger 20 seitlich aus dem Eingriff mit der Kerbe 19 in einer Schaltstange 17 oder 18 und in die entsprechende Kerbe in einer behachbarten Schaltstange 18 oder 17 bewegt. Durch Drehen der Steuerwelle 21 wird eine Verschiebung einer der Schaltstangen mit entsprechendem Schwenken der verknüpften Schaltgabel 22 oder 23 und Eingriff oder Lösen des ersten, zweiten oder dritten Ganges erzielt.
An einem Ende der Hauptwelle 4, das sich aus dem Gehäuse 1a heraus erstreckt, ist ein Sonnenrad 30 in einem Planetengetriebesatz befestigt, allgemein mit 31 bezeichnet. Der Planetengetriebesatz 31 ist in ein Gehäuse 1b eingeschlossen, das sicher an das Gehäuse 1a angeschraubt ist. Das Sonnenrad 30 ist mit Planetenrädern 32 in Eingriff, die durch einen Planetenradträger 33 getragen sind, der fest mit einer Abtriebswelle 34 verbunden ist. Mit Hilfe einer axialverschiebbaren Betätigungshülse 35 kann ein Ringzahnrad 36, das mit den Planetenrädern 32 in Eingriff ist, entweder mit dem Gehäuse 1b verbunden werden, woraufhin die Drehzahl der Abtriebswelle 34 in Bezug auf die Drehzahl der Hauptwelle 4 vermindert wird (Niederbereich), oder mit dem Planetenradträger 33 verbunden werden, woraufhin die Wellen miteinander zum direkten Antrieb der Abtriebswelle 34 in Eingriff sind (Hochbereich). Das Getriebeverhältnis in dem durch den Planetengetriebesatz 31 gebildeten Bereichsgetriebering ist derart ausgewählt, dass die Schaltposition für den ersten Gang in dem Grundgetriebe einen vierten Gang bereitstellt, die Position für den zweiten Gang einen fünften Gang bereitstellt, und die Position für den dritten Gang einen sechsten Gang bereitstellt, wenn der Hochbereich in dem Bereichsgetriebe betätigt ist. Dies bedeutet, dass der vierte Gang dieselbe Ganghebelposition wie der erste Gang besitzt, der fünfte Gang dieselbe Ganghebelposition wie der zweite Gang besitzt, und der sechste Gang dieselbe Ganghebelposition wie der dritte Gang besitzt.
Das Getriebe besitzt einen Verriegelungsmechanismus für die neutrale Position, allgemein mit 40 bezeichnet, mit einem Nockenelement 41, das in dem gezeigten Beispiel integral mit dem Schaltfinger 20 an der Steuerwelle 21 ist, und das dementsprechend in Bezug auf die Steuerwelle fest ist. Das Nockenelement 41 ist mit einer V-förmigen Nut 42 ausgestattet, in welche sich ein Ende 44 eines Verriegelungskolbens in einem Druckluftzylinder erstreckt. Das Nockenelement 41 und die Nut 42 erstrecken sich weit genug in der axialen Richtung der Steuerwelle 21, dass ein Abschnitt der Nut 42 in der neutralen Position stets dem Ende des Verriegelungskolbens gegenüberliegt, unabhängig von der seitlichen Position der Steuerwelle 21. Bei eingefügtem Ende des Verriegelungskolbens in die Nut 42 und in das Nockenelement 41, ist die Steuerwelle 21 gegenüber Rotation blockiert, was bedeutet, dass der Grundgetriebeschalthebel (nicht gezeigt), der mit der Steuerwelle verbunden ist, nicht von der neutralen Position ohne großen Widerstand bewegt werden kann.
Der Verriegelungsmechanismus für die neutrale Position wird mechanisch durch eine Kolbenstange 62 gesteuert, die mit einem Kolben 63 in einem Druckluftzylinder 64 verbunden ist. Die Kolbenstange 62 ist mit einer Schaltgabel 65 verbunden, die in die Betätigungshülse 35 des Bereichszahnradsatzes eingreift (siehe Fig. 3). Die Kolbenstange 62 ist mit einem Paar von Vertiefungen 66, 67 ausgeführt, welche die zwei Schaltpositionen des Bereichszahnradsatzes darstellen, d. h. den Niederbereich und den Hochbereich. Wenn ein mit dem Ventil 50 zusammenarbeitender Sensor 68 in eine der Vertiefungen 66 oder 67 hervorsteht, ist das Ventil 50 in einer Position, in welcher der Verriegelungsmechanismus für die neutrale Position in seiner unverriegelten Position ist. Sobald die Kolbenstange 62 anfängt, bewegt zu werden, um ein Schalten in dem Bereichsgetriebe durchzuführen, wird der Sensor 68 nach oben gedrückt, und das Ventil 50 wird den Verriegelungsmechanismus für die neutrale Position in seine verriegelte Position bewegen, um die Steuerwelle 21 in der neutralen Position zu verriegeln. Somit wird ein Schalten in dem Grundgetriebe verhindert, bevor ein Schalten in dem Bereichsgetriebe abgeschlossen worden ist. Sobald das Schalten in dem Bereichsgetriebe abgeschlossen worden ist und der Sensor 68 in eine der Vertiefungen 66 oder 67 eindringt, wird der Verriegelungszylinder 46 zurückgezogen, und der Verriegelungskolben 44 wird aus seinem Verriegelungseingriff durch eine Feder in dem Zylinder heraus bewegt.
Die Kolbenstange 62 arbeitet ebenso mit einem Sensor 70 zusammen, der seine Position ändert (eingedrückt wird), wenn die Kolbenstange 62 ihre Position ändert, beispielsweise von der in Fig. 3 gezeigten Niederbereichsposition mit der Kolbenstange in ihrer Position am rechten Ende (wie in Fig. 3 betrachtet) in seine Hochbereichsposition auf der linken Seite (mit strichpunktierten Linien angedeutet). Der Sensor 70 stellt somit ein Ausgabesignal bereit, das die ausgewählte Hoch-Niederbereichsauswahl darstellt. Dieses Signal wird zusammen mit einem die Drehzahl der Abtriebswelle darstellenden Signal, welches von dem Fahrzeugdrehzahlmesser 71 (Fig. 1) erhalten wird, in ein Steuerrelais (nicht gezeigt) eingegeben, welches die Spannung zu einer Betriebseinrichtung in der Form eines Elektromagneten 73 steuert, dessen Kern mit einem Verriegelungsstift 74 verbunden ist, das in den Ansprüchen mit Blockierelement bezeichnet ist. Die Betriebseinrichtung 73 ist derart in dem Getriebegehäuse 1a angeordnet, dass der Verriegelungsstift 74 direkt gegenüber einem Verriegelungsarm 75 ist, der fest mit der Steuerwelle auf einer Seite des Verriegelungsmechanismus für die neutrale Position verbunden ist, wenn die Steuerwelle in der neutralen Position in der seitlichen Position zum Schalten in den niedrigsten, synchtonisierten Niederbereichsgang ist.
Wenn der Drehzahlsensor 71 eine den vorbestimmten Drehzahlbereich überschreitende Fahrzeugdrehzahl anzeigt, während gleichzeitig der Schaltpositionssensor 70 anzeigt, dass in dem Bereichsgetriebe der Niederbereich betätigt ist, wird die Betriebseinrichtung 73 den Verriegelungsstift 74 in der verriegelten Position halten, so dass der niedrigste, synchronisierte Niederbereichsgang nicht eingelegt werden kann. Da der Verriegelungsstift 74 in der Verriegelungsposition nur mit einer Seite des Verriegelungsarms 75 in Kontakt ist, kann die Steuerwelle 21 frei in der entgegengesetzten Richtung für eine andere Gangauswahl rotiert werden.
Nur wenn in dem Bereichsgetriebe der Hochbereich betätigt ist oder die Fahrzeugdrehzahl unterhalb des vorbestimmten Drehzahlbereichs abgefallen ist, wird sich das Verriegelungselement 74 von der Verriegelungsposition zurückziehen, so dass der niedrigste, synchronisierte Niederbereichsgang eingelegt werden kann.

Claims

1. Fahrzeuggetriebe, das aufweist: ein Grundgetriebe mit einer Antriebswelle (2), das in einem Gehäuse (1a) montiert ist; mindestens eine durch die Antriebswelle angetriebene Vorgelegewelle; eine Hauptwelle (4); paarweise kämmende Zahnräder (7, 12, 8, 13, 9, 14), die durch die Vorgelegewelle und die Hauptwelle getragen sind und von denen mindestens ein Zahnrad (12, 13, 14) in jedem Paar frei drehbar auf seiner Welle montiert ist und auf seiner Welle verriegelbar ist mittels einer zugehörigen Betätigungshülse, die nicht-drehbar, jedoch axial verschiebbar auf der Welle angeordnet ist, wobei die Betätigungshülse mit einer Synchronisiereinrichtung zusammen wirkt; eine Schaltsteuerung (21), deren Bewegung in einer Richtung von einer neutralen Position über bewegungsübertragende Elemente (17, 18) eine Verschiebung einer der Betätigungshülsen (16) in eine Betätigungsposition erzeugt, und deren Bewegung von der neutralen Position in eine andere Richtung eine Verschiebung einer anderen der Betätigungshülsen (16) in eine Betätigungsposition erzeugt; und ein Hoch- Niederbereichsgetriebe mit einer Abtriebswelle (34) und einer Verriegelungseinrichtung, die ein Blockierelement mit einer Betriebseinrichtung aufweist, die unter vorbestimmten Betriebsbedingungen das Blockierelement in einer verriegelten Position, in welcher es die Bewegung der Schaltsteuerung verhindert, hält, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebseinrichtung (73) des Blockierelements (74) mit einem ersten Sensor, der angeordnet ist, um die Drehzahl der Abtriebswelle (34) des Bereichsgetriebes zu messen, und einem zweiten Sensor (70), der angeordnet ist, um den betätigten Bereich in dem Bereichsgetriebe zu messen, abgestimmt ist, und dass die Betriebseinrichtung das Blockierelement in einer verriegelten Position hält, was eine Bewegung der Schaltsteuerung zu der Position für die niedrigsten synchronisierten Gang in dem Grundgetriebe verhindert, wenn die Drehzahl eine vorbestimmte Drehzahl in dem Niederbereich des Bereichsgetriebes überschreitet.

2. Fahrzeuggetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltsteuerung (21) eine Steuerwelle ist, die axial verschiebbar und rotierbar senkrecht zu den Wellen (2, 3, 4) montiert ist, wobei die Rotationsbewegung der Steuerwelle von der neutralen Position über die bewegungsübertragende Elemente (17, 18, 22, 23) in eine erste axiale Position die Verschiebung der einen Betätigungshülse (15) in eine Betätigungsposition erzeugt, und die Rotationsbewegung der Steuerwelle von der neutralen Position in eine zweite axiale Position die Verschiebung der anderen Betätigungshülse (16) in eine Betätigungsposition erzeugt.

3. Fahrzeuggetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Sensor (70) die Position einer Kolbenstange (62) misst, die mit einer Druckmedium-betriebenen Kolbenzylindervorrichtung (63, 64) und einer Betätigungshülse (35), die mittels der Kolbenzylindervorrichtung zwischen einer ersten Position, in der der Niederbereich des Bereichsgetriebes betätigt ist und einer zweiten Position, in der der Hochbereich betätigt ist, verschiebbar ist.

4. Fahrzeuggetriebe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verriegelungseinrichtung einen Verriegelungsarm (75) aufweist, die mit der Steuerwelle (21) und dem Blockierelement (74) fest verbunden ist, wobei diese derart in Bezug zueinander angeordnet sind, dass das Blockierelement mittels der Betriebseinrichtung (73) in eine Verriegelungsposition verschiebbar ist, in welcher sie eine Rotation der Steuerwelle in der Richtung zu der Position für den niedrigsten synchronisierten Gang in dem Grundgetriebe verhindert, jedoch eine Rotation der Steuerwelle in die entgegengesetzte Richtung zulässt.

5. Fahrzeuggetriebe nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebseinrichtung des Blockierelements (74) ein Elektromagnet ist, und dass der zweite Sensor ein elektrischer Schalter (70) ist.