DE10228499A1

DE10228499A1 - Schaltkupplung, Getriebe und Verfahren zum Steuern einer Schaltkupplung

Info

Publication number: DE10228499A1
Application number: DE2002128499
Authority: DE
Inventors: Oliver Nicklass
Original assignee: Getrag Innovations GmbH
Current assignee: Getrag Innovations GmbH
Priority date: 2002-06-21
Filing date: 2002-06-21
Publication date: 2004-01-22

Abstract

Es wird vorgeschlagen eine aktuatorisch betätigte Schaltkupplung (29) für ein Getriebe (16), insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem ersten Schaltglied (28), das an einer Welle (26) zwischen einer Neutralstellung (N) und einer Schaltstellung (S) axial verschieblich ausgebildet ist, und das mit einer ersten Verzahnung (40) versehen ist, einem Aktuator (30) zum Verschieben des ersten Schaltgliedes (28) von der Neutralstellung (N) in die Schaltstellung (S) und einem zweiten Schaltglied (44), das an der Welle (26) drehbar gelagert ist und mit einer zweiten Verzahnung (42) versehen ist, wobei die Verzahnungen (40, 42) in der Schaltstellung (S) des ersten Schaltgliedes (28) miteinander in Eingriff stehen und die Welle (26) und das zweite Schaltglied (44) drehfest miteinander verbinden, und wobei Haltemittel (46, 48) vorgesehen sind, um bei einer Übertragung von Drehmoment über die Schaltkupplung (29) das erste Schaltglied (28) in der Schaltstellung (S) zu halten. DOLLAR A Dabei ist ein Auswurfmechanismus (52; 64) vorgesehen, der das Schaltglied (28) in der Schaltstellung (S) in Richtung der Neutralstellung (N) vorspannt und derart dimensioniert, daß das erste Schaltglied (28) dann, wenn das über die Schaltkupplung (29) übertragene Drehmoment unter einen Schwellenwert (M¶S1¶), M¶S2¶) fällt, in die Neutralstellung (N) verschoben wird (Fig. 2).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine aktuatorisch betätigte Schaltkupplung für ein Getriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem ersten Schaltglied, das an einer Welle zwischen einer Neutralstellung und einer Schaltstellung axial verschieblich ausgebildet ist und das mit einer ersten Verzahnung versehen ist, einem Aktuator zum Verschieben des ersten Schaltgliedes von der Neutralstellung in die Schaltstellung und mit einem zweiten Schaltglied, das an der Welle drehbar gelagert ist und mit einer zweiten Verzahnung versehen ist, wobei die Verzahnungen in der Schaltstellung des ersten Schaltgliedes miteinander in Eingriff stehen und die Welle und das zweite Schaltglied drehfest miteinander verbinden, und wobei Haltemittel vorgesehen sind, um bei einer Übertragung von Drehmoment über die Schaltkupplung das erste Schaltglied in der Schaltstellung zu halten.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Getriebe für Kraftfahrzeuge, mit einer Mehrzahl von Radsätzen zum Einrichten unterschiedlicher Gangstufen und einer Mehrzahl von Schaltkupplungen, um die jeweiligen Radsätze in den Kraftfluß vom Getriebeeingang zum Getriebeausgang zu schalten oder davon jeweils zu trennen.
Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Steuern einer Schaltkupplung.
Klassisches Beispiel einer herkömmlichen Schaltkupplung ist eine Klauenkupplung für ein Stirnradgetriebe. Das Stirnradgetriebe weist eine Mehrzahl von Radsätzen auf. Die Losräder der Radsätze weisen jeweils eine zweite Verzahnung auf. Die zweite Verzahnung kann unmittelbar am jeweiligen Losrad oder an einem Kupplungskörper hiervon vorgesehen sein (zweites Schaltglied).
Ferner ist eine axial verschiebliche Schaltmuffe als erstes Schaltglied vorgesehen. Die Schaltmuffe weist eine erste Verzahnung auf. Die Schaltmuffe ist zwischen einer Neutralstellung und einer Schaltstellung verschiebbar. In der Schaltstellung stehen die Verzahnungen der Schaltmuffe und des Losrades miteinander in Eingriff, so daß die Welle und das Losrad drehfest miteinander verbunden sind.
Der Aktuator kann ein fluiddynamisch ausgeprägter Aktuator (Hydraulikaktuator) oder ein elektromotorisch ausgepräger Aktuator sein. Andere Aktuatorverfahren sind natürlich auch denkbar, z.B. elektromagnetisch.
Häufig sind zwei derartige Schaltkupplungen für zwei Losräder in ein Schaltkupplungspaket integriert, wobei eine einzelne Schaltmuffe für beide Schaltkupplungen vorgesehen ist.
Die Schaltkupplungen können rein formschlüssig als Klauenkupplungen ausgebildet sein. Ferner kann die Schaltkupplung auch eine sogenannte Synchronkupplung mit drehzahlangleichenden Mitteln (z.B. Synchronring) sein.
Die Haltemittel, die bei einer Übertragung von Drehmoment über die Schaltkupplung das erste Schaltglied in der Schaltstellung halten, sind häufig durch Hinterlegungen an wenigstens einer der Verzahnungen ausgebildet. Dies hat den Vorteil, daß während der Drehmomentübertragung der Aktuator nicht betätigt werden muß, um die Schaltmuffe sicher in der Schaltstellung zu halten.
Derartige Schaltkupplungen werden regelmäßig in Stirnradgetrieben herkömmlicher Bauart, insbesondere in sogenannten automatisierten Schaltgetrieben (ASG^®, Marke der Getrag Getriebe- und Zahnradfabrik Herrmann Hagenmeyer & Cie. KG) verbaut.

Bei einem derartigen automatisierten Schaltgetriebe ( DE 198 45 604 C1 ) wird die Schaltkupplung zum Auslegen eines Ganges mittels des Aktuators von der Schaltstellung in die Neutralstellung bewegt. Dabei wird die Schaltkupplung mittels des Aktuators in Richtung der Offenstellung vorgespannt, bevor der Aktuator die Schaltkupplung von der Schaltstellung in die Neutralstellung bewegt. Sobald das Eingangsdrehmoment des Stufengetriebes hinreichend abgefallen ist, wird die Schaltkupplung schlagartig von der Schaltstellung in die Neutralstellung bewegt.

Die Ansteuerung des Getriebeaktuators zum Gangauslegen ist aufwendig, insbesondere hinsichtlich der notwendigen Steuersysteme.

Eine andere Art von Getriebe ist aus der DE 197 41 440 A1 bekannt. Bei diesem Getriebe sind ein Stirnradgetriebe mit nicht näher spezifizierten Schaltkupplungen und eine stufenlos verstellbare Lamellenkupplung in zwei zueinander parallelen Kraftübertragungszweigen vorgesehen. Gangwechsel können unter Last durchgeführt werden, wobei die Lamellenkupplung das jeweils getriebeeingangsseitig anstehende Drehmoment übernimmt, während der Quellgang des Stirnradgetriebes ausgelegt und der Zielgang eingelegt wird.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte aktuatorisch betätigte Schaltkupplung anzugeben.

Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten aktuatorisch betätigten Schaltkupplung dadurch gelöst, daß ein Auswurfmechanismus vorgesehen ist, der das erste Schaltglied in der Schaltstellung in Richtung der Neutralstellung vorspannen und derart dimensioniert sind, daß das erste Schaltglied dann, wenn das über die Schaltkupplung übertragene Drehmoment unter einen Schwellenwert fällt, in die Neutralstellung verschoben wird.

Die obige Aufgabe wird ferner durch ein Getriebe für Kraftfahrzeuge gelöst, das eine Mehrzahl von Radsätzen zum Einrichten unterschiedlicher Gangstufen und eine Mehrzahl von Schaltkupplungen aufweist, um die jeweiligen Radsätze in den Kraftfluß vom Getriebeeingang zum Getriebeausgang zu schalten oder davon jeweils zu trennen, wobei wenigstens eine der Schaltkupplungen eine erfindungsgemäße Schaltkupplung ist.

Bei der erfindungsgemäßen Schaltkupplung übt die Auswurfeinrichtung auf das erste Schaltglied in der Schaltstellung permanent eine Vorspannung aus. Folglich wird das Schaltglied ohne weiteren Steuereingriff in die Neutralstellung mittels der Federkraft verschoben, wenn das über die Schaltkupplung übertragene Drehmoment unter den Schwellenwert fällt.

Demgemäß kann durch eine einfache konstruktive Maßnahme, nämlich die Auswurfeinrichtung, der Steueraufwand und Energieaufwand beim Gangauslegen verringert werden.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß ein sicheres Öffnen des Antriebsstrangs im Notfall gewährleistet wird. Dies ist im Falle von Getrieben, bei denen die Abtriebswelle des Motors ohne Trennkupplung mit der Getriebeeingangswelle verbunden ist, von besonderer Bedeutung.

Bei einem Notfall (z.B.: Notbremsung bei niedrigen Geschwindigkeiten oder ein Ausfall der Aktuatorik) muß der Antriebsstrang geöffnet werden. Bei Getrieben mit einem reibschlüssigen Anfahrelement bzw. schaltbaren Reibschlußelementen im Antriebsstrang kann dies geöffnet werden. Bei Getrieben ohne solche Elemente muß ein formschlüssiges Element geöffnet werden.

Im Falle einer Notbremsung aus niedrigen Geschwindigkeiten muß dies sehr schnell erfolgen, damit der Motor nicht abgewürgt wird.

Im Falle eines Ausfalls der Aktuatorik ist die Zeit nicht so kritisch. Allerdings muß auch hier ein Abwürgen des Motors beim Stillstand vermieden werden, zumal der Antriebsstrang hinterher nicht wieder geöffnet werden kann (keine Aktuatorik) und verspannt wäre. Unter anderem wäre dann das Abschleppen des Fahrzeugs durch das Blockieren der Antriebsräder erschwert.

Ferner wird die obige Aufgabe durch ein Verfahren zum Steuern einer derartigen Schaltkupplung gelöst, wobei das Verfahren den Schritt aufweist, bei einem Lastwechsel den Aktuator zu betätigen, wenn kein Gangwechsel gewünscht ist, um ein Auslegen des eingelegten Ganges durch den Auswurfmechanismus zu verhindern.

Auch während des Fahrbetriebes innerhalb einer eingelegten Gangstufe treten Lastwechsel vom Zug- in den Schubbetrieb auf. Während der Lastwechsel erfährt das über die Schaltkupplung übertragene Drehmoment eine Richtungsumkehr. Dabei fällt das Drehmoment zwangsweise unter den Schwellenwert.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird erreicht, daß der eingelegte Gang bei einem derartigen Lastwechsel eingelegt bleibt.

Die Aufgabe wird somit vollkommen gelöst.

Besonders bevorzugt ist es, wenn der Auswurfmechanismus zwischen der Welle oder einem drehfest hiermit verbundenen Glied und dem ersten Schaltglied angreift.

Da das erste Schaltglied und die Welle drehfest miteinander verbunden sind, kann der Auswurfmechanismus die Vorspannungs wirkung erzeugen, ohne daß eine Kraftübertragung über zwei sich gegeneinander verdrehende Elemente notwendig ist. Folglich kann der Einfluß von Reibung auf die Übertragung der Vorspannung vermieden werden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Auswurfmechanismus elastische Federmittel auf, die eine an der Welle oder einem drehfest hiermit verbundenen Glied angeordnete Feder aufweisen, die radial ausgerichtet ist und auf ein radial verschiebliches Druckstück wirkt, das mit dem ersten Schaltglied in Wirkverbindung steht, derart, daß die radiale Federkraft das in der Schaltstellung befindliche erste Schaltglied in Richtung Neutralstellung vorspannt.

Bei dieser Ausführungsform können die elastischen Federmittel in ähnlicher Weise realisiert sein wie die Mittenzentrierungen in herkömmlichen Schaltpaketen. Bei diesem Stand der Technik dienen die in synchronisierten Schaltelementen zur Aufbringung der Synchronkraft erforderlichen Kugel-Rastelemente auch einer Mittenzentrierung, die die Schaltmuffe in der Neutralstellung hält. Beim Einlegen eines Ganges wird dieses Kugel-Rastelement jedoch "überfahren" und übt in der Schaltstellung der Schaltmuffe keine Axialkraft auf diese aus. Erst wenn die Schaltmuffe manuell oder mittels eines Aktuators in Richtung der Neutralstellung zurückbewegt wird, greift das Kugel-Rastelement kurz vor Erreichen der Neutralstellung und fixiert die Schaltmuffe dort.

Im Gegensatz hierzu übt das radial verschiebliche Druckstück bei der vorliegenden Erfindung auch in der Schaltstellung der Schaltmuffe eine Axialkraft auf diese aus, um die Vorspannung zu erzeugen.

Von besonderem Vorzug ist es dabei, wenn die Wirkverbindung zwischen Druckstück und erstem Schaltglied eine Rampe aufweist.

Eine Rampe läßt sich konstruktiv einfach realisieren und läßt sich reibungsarm und betriebssicher realisieren.

Dabei ist es von Vorzug, wenn die Geometrie der Rampe durch eine Funktion α = f(s) beschrieben werden kann, wobei β den Winkel der Rampe und s den Weg des Schaltgliedes darstellt, wobei die Funktion linear oder nichtlinear sein kann.

Hierdurch wird deutlich gemacht, daß die Form der Rampe dazu ausgenutzt werden kann, den Schwellenwert einzustellen.

Ferner ist es von Vorzug, wenn das Druckstück die Rampe an jedem Punkt des Schaltwegs tangential berührt.

Hierdurch wird der Verschleiß zwischen Druckstück und Rampe verringert bzw. der Kontakt optimiert.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform liegt der Rampenwinkel β(s) zwischen 10° und 70° und der Schaltweg s des Schaltglieds beträgt bis zu 12 mm.

Bei dieser Ausführungsform läßt sich der Schwellenwert besonders günstig einstellen.

Dabei können an dem Druckstück oder dem ersten Schaltglied oder an beiden Gliedern geeignete Rampenabschnitte vorgesehen sein.

Besonders bevorzugt ist es, wenn die Rampe so geformt ist, daß die Feder in der Schaltstellung des ersten Schaltgliedes eine Federkraft auf das erste Schaltglied in Richtung der Neutralstellung ausübt, die dem Schwellenwert des übertragenen Drehmomentes entspricht.

Dabei versteht sich, daß der Schwellenwert nicht allein durch die Federkraft eingestellt wird, sondern wie oben erwähnt, unter anderem auch durch die Form der Rampe beeinflußt werden kann.

Ferner ist es bevorzugt, wenn die elastischen Federmittel eine Mehrzahl von Federanordnungen aus Feder und Druckstück aufweisen, die über den Umfang der Welle verteilt angeordnet sind.

Auf diese Weise kann die Vorspannung gleichmäßig über den Umfang erzeugt werden. Verklemmungen werden vermieden.

Auch ist es bevorzugt, wenn die Haltemittel durch eine Hinterlegung an wenigstens einer der Verzahnungen gebildet sind.

Herkömmliche Hinterlegungen dienen bekannterweise dazu, die Schaltmuffe in der Schaltstellung zu halten, während ein Drehmoment über die Schaltkupplung übertragen wird.

Hinterlegungen gleicher oder ähnlicher Art können im vorliegenden Zusammenhang dazu verwendet werden, um der Vorspannung ent gegenzuwirken, die von den elastischen Federmitteln ausgeübt wird.

Durch geeignete Anpassung der Rampe, der Federkennlinie des Federelements und der Hinterlegung kann der Schwellenwert des übertragenen Drehmomentes eingestellt werden, bei dem die Schaltmuffe aus der Schaltstellung ausgeworfen wird.

Von besonderem Vorzug ist es, wenn der Schwellenwert des Drehmomentes im Bereich zwischen 25 und 100 Nm liegt, insbesondere im Bereich zwischen 40 und 60 Nm.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines beispielhaften Stirnradgetriebes;
2 einen Ausschnitt einer Abwicklung einer Schaltkupplung des in 1 gezeigten Getriebes, in weitgehend schematisierter Form;
3 ein Diagramm von Drehmoment über der Zeit zur Angabe der Schwellenwerte, bei denen die Schaltkupplung der 2 von selbst öffnet;
4 eine der 2 entsprechende Darstellung einer alternativen Ausführungsform einer Schaltkupplung;
5a und 5b schematische Darstellungen einer Federanordnung aus Radialdruckfeder und Druckstück, das auf eine Schaltmuffe wirkt, und zwar in der Neutralstellung bzw. der Schaltstellung einer Schaltmuffe; und
6 einen Querschnitt durch eine Schaltkupplung mit einer Mehrzahl von umfänglich verteilt angeordneten Federanordnungen.
In 1 ist ein Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug generell mit 10 bezeichnet.
Der Antriebsstrang 10 weist einen herkömmlichen Verbrennungsmotor 12 sowie ein Stirnradgetriebe 16 auf. Zwischen dem Stirnradgetriebe 16 und dem Verbrennungsmotor 12 ist ein Anfahr- und Trennkupplung 14 vorgesehen.
Das Stirnradgetriebe 16 weist eine Eingangswelle 18 und eine parallel hierzu angeordnete Vorgelegewelle 20 auf. Koaxial zu der Eingangswelle 18 ist eine Ausgangswelle 26 vorgesehen. In der Darstellung der 1 weist das Stirnradgetriebe 16 zwei Radsätze 22, 24 zur Einrichtung von zwei Gangstufen auf. Es versteht sich jedoch, daß Stirnradgetriebe für Kraftfahrzeuge in der Regel mehr Gangstufen haben, nämlich fünf, sechs, sieben oder sogar noch mehr.
Zwischen den Losrädern der zwei Radsätze 22, 24 ist an der Ausgangswelle 26 ein Schaltpaket 29 vorgesehen.
Das Schaltpaket 29 weist zwei Schaltkupplungen auf, zum drehfesten Verbinden entweder des Losrades des Radsatzes 22 oder des Losrades des Radsatzes 24 mit der Ausgangswelle 26.
Das Schaltpaket 29 weist eine einzelne Schaltmuffe 28 für beide Schaltkupplungen auf. Die Schaltmuffe 28 wird von einem schematisch dargestellten Aktuator 30 jeweils von der gezeigten Neutralstellung in eine der zwei Schaltstellungen bewegt. Generell ist der Aktuator 30 in der Regel auch dazu in der Lage, die Schaltmuffe 28 aus einer jeweiligen Schaltstellung zurück in die Neutralstellung zu bewegen.
Erfindungsgemäß ist die Schaltmuffe jedoch selbstauswerfend ausgebildet, wie nachstehend erläutert wird. Dies bedeutet, daß die Schaltmuffe 28 bei einem Gangwechsel mittels elastischer Federmittel automatisch ausgeworfen wird, wenn das über die in der Schaltstellung befindliche Schaltkupplung übertragene Drehmoment unter einen bestimmten Schwellenwert fällt.
2 zeigt einen Ausschnitt einer schematischen Abwicklung des Schaltpaketes 29.
Eine erste Verzahnung 40 ist an der in 2 nicht näher bezeichneten Schaltmuffe 28 ausgebildet. Eine zweite Verzahnung 42 ist an einem Kupplungskörper 44 ausgebildet, der drehfest mit einem Losrad verbunden ist.
Die Verzahnung 40 weist eine Hinterlegung 46 auf. Die Verzahnung 42 weist eine Hinterlegung 48 auf.
Ferner sind schematisch elastische Federmittel 50 angedeutet, die einen Auswurfmechanismus bilden und die Schaltmuffe 28, d.h. die erste Verzahnung 40 in axialer Richtung aus der Schaltstellung S in die (gestrichelt dargestellte) Neutralstellung N zurückziehen.
Die von den elastischen Federmitteln 50 hierbei ausgeübte axiale Federkraft ist bei 52 gezeigt.
In 2 ist die Schaltmuffe und damit die erste Verzahnung 40 in durchgezogenen Linien in einer Schaltstellung S gezeigt. Ferner ist gestrichelt die Position einer Neutralstellung N dargestellt, in der die Verzahnung 40' durch die elastischen Federmittel 50' axial zurückgezogen ist, so daß sie mit der Verzahnung 42 nicht mehr in Eingriff steht.
Bei Übertragung eines Drehmomentes über die Schaltkupplung wird eine schematisch bei 54 angedeutete Umfangskraft auf die Verzahnungen 40, 42 ausgeübt.
Aufgrund der Hinterlegungen 46, 48 führt die Umfangskraft 54 zu einer bestimmten Haltekraft 56, die axial ausgerichtet ist, und zwar entgegengesetzt zu der Federkraft 52.
Die Haltekraft 56 setzt sich zusammen aus einer Axialkraft und einer Reibkraft. Die Axialkraft ergibt sich durch Kraftzerlegung der Umfangskraft 54 an den schrägen Hinterlegungen 46, 48. Die Reibkraft ergibt sich durch die Anlage der Verzahnungen 40, 42 aneinander und die Reibung zwischen der Verzahnung 40 des Schaltelements 29 und der Verzahnung der Führungsmuffe 60.
Die Hinterlegungen 46, 48 bilden folglich Haltemittel, um die Schaltmuffe 28 bei Übertragung eines Drehmomentes (und damit Ausübung einer Umfangskraft 54) in der Schaltstellung S zu halten. Die Haltemittel 46, 48 sind so auf die Kraft der elastischen Federmittel 50 abgestimmt, daß die Haltekraft 56 größer ist als die Federkraft 52, wenn ein über die Schaltkupplung 29 übertragenes Drehmoment einen Schwellenwert übersteigt.
Dies ist schematisch in 3 dargestellt. 3 ist ein Diagramm des Drehmomentes, das über die Schaltkupplung übertragen wird, über der Zeit. Dargestellt ist ein Drehmomentverlauf M_L bei einem Lastwechsel. Ausgehend von einem Zustand, bei dem der Verbrennungsmotor 12 das Kraftfahrzeug antreibt (Zugbetrieb) wird zu einem Zeitpunkt t₀ ein Lastwechsel eingeleitet. Dies kann beispielsweise erfolgen, indem der Fahrer vom Gas geht. Das Moment M_L fällt bis zu einem Zeitpunkt t₁ ab. Zu diesem Zeitpunkt hat das Moment M_L einen Schwellenwert M_S1 erreicht.
Bei dem Schwellenwert M_S1 ist das über die Schaltkupplung übertragene Drehmoment soweit abgefallen, daß die hierdurch ausgeübte Umfangskraft 54 an den Hinterlegungen 44, 48 eine Haltekraft 56 erzeugt, die gleich der Federkraft 52 ist. Bei weiterem Abfall des Drehmomentes M_L wird folglich die Federkraft 52 größer als die Haltekraft 56 und die Schaltmuffe 28 wird durch die Federkraft 52 in die Neutralstellung N ausgeworfen, wenn ein Gangauslegen erwünscht ist.
Während bei einem angestrebten Gangwechsel von einem Quellgang in einen Zielgang angestrebt ist, daß die Schaltmuffe bei Erreichen des Schwellenwertes M_S1 durch die Federkraft 52 ausgeworfen wird, kann ein Lastwechsel auch dann erfolgen, wenn kein Gangwechsel gewünscht ist. Dann erfolgt im weiteren Verlauf des Lastwechsels eine Drehmomentumkehr. Bei t₂ wird ein zweiter Schwellenwert M_S2 erreicht und bei t₃ schließlich der Endwert des Drehmomentes M_L, bei dem das rollende Fahrzeug den Motor antreibt (Schubbetrieb).
In diesem Fall wird der Aktuator 30 so angesteuert, daß er im Zeitraum von t₁ bis t₂ eine Aktuatorkraft auf die Schaltmuffe 28 ausübt, die der Haltekraft 56 hinzuaddiert wird. Die Aktuatorkraft ist so dimensioniert, daß ein Selbstauswurf der Schaltmuffe im Zeitfenster t₁ bis t₂ vermieden wird. Ab dem Zeitpunkt t₂, also ab Erreichen des zweiten Schwellenwertes M_S2, ist die von den Hinterlegungen 46, 48 aufgebaute Haltekraft wieder hinreichend groß, um einen Auswurf der Schaltmuffe mittels der elastischen Federmittel 50 zu verhindern. Der Aktuator wird ausgeschaltet.
Die Schwellenwerte M_S1 und M_S2 können, wie dargestellt, unsymmetrisch in Bezug auf die Nullinie des Momentes sein. Dies kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn die Hinterlegungen für den Schub- und den Zugbetrieb unterschiedlich ausgestaltet sind. Die Schwellenwerte M_S1 und M_S2 können beispielsweise einen Wert von 50 Nm darstellen. Die im Schub auftretenden Momente sind normalerweise deutlich kleiner als die Zugmomente. Im Sin ne eines möglichst kleinen Auswurffensters kann daher eine asymmetrische Auslegung sinnvoll sein.
Bei einer Lastumkehr vom Schub- in den Zugbetrieb erfolgt eine entsprechende Ansteuerung des Aktuators 30 im Zeitraum t₂–t₁.
Die Auswurfzeit kann 10 ms bis 250 ms betragen.
In 4 ist eine alternative Ausführungsform einer Schaltkupplung in einem Schaltpaket 29' gezeigt. Die Darstellung entspricht der der 2.
Bei dieser Ausführungsform ist die erste Verzahnung 40 mit einem schematisch dargestellten Element starr verbunden, das eine Rampe 57 aufweist. Die Rampe besitzt gegenüber der Axialrichtung einen Winkel ß. Der Wert von ß kann ein konstanter Wert sein, wie schematisch in 4 dargestellt, oder eine Funktion des Weges s des Schaltgliedes 28 sein. Dabei kann die Funktion nichtlinear sein, bspw. nach der Art einer Parabel oder einer Hyperbel. Mit anderen Worten kann die Rampenform konkav oder konvex sein.
Ein elastisch gelagertes Druckstück in Form einer Kugel 58 drückt rein tangential gegen die Rampe 57, so daß ein geringer Verschleiß zwischen dem Druckstück 58 und der Rampe 57 entsteht. Das Druckstück 58 ist in radialer oder tangentialer Richtung (je nach Ausrichtung der Rampe 57) vorgespannt, so daß das Druckstück 58 eine Axialkraft auf das Schaltglied 28 ausübt, mit der das Schaltglied 28 in die Neutralstellung N vorgespannt wird.
Die Federmittel, das Druckstück und die Rampe 57 bilden einen Auswurfmechanismus.
Im übrigen entspricht die Ausführungsform der 4 der Ausführungsform der 2. Auf diese wird entsprechend Bezug genommen .
In den 5a und 5b ist eine besonders bevorzugte Ausführungsform von elastischen Federmitteln gezeigt.
Es ist in schematischer Form ein Axialschnitt durch eine Führungsmuffe 60 gezeigt, die drehfest mit einer Welle (z.B. Welle 26) verbunden ist. Die Führungsmuffe 60 weist eine radial nach innen reichende Ausnehmung 62 auf, in der eine Druckfeder 64 aufgenommen ist. Die Druckfeder 64 stützt sich am Boden der Radialausnehmung 62 ab. Am radial nach außen weisenden Ende ist an der Druckfeder 64 ein Druckkörper 66 vorgesehen. Der Druckkörper 66 steht in Wirkverbindung mit der Schaltmuffe 28.
Der Druckkörper 66 weist zwei axial entgegengesetzt verlaufende Rampenabschnitte 68 auf. Entsprechend weist die Schaltmuffe 28 an ihrem Innenumfang zwei entgegengesetzt ausgerichtete Rampenabschnitte 70 auf. Die Rampenabschnitte 68, 70 bilden jeweils eine Rampe. Durch die zwei Rampen 68, 70 wird in der in 5a gezeigten Neutralstellung N eine Mittenzentrierung realisiert. Hierdurch wird gewährleistet, daß die Schaltmuffe 28 in der Neutralstellung N verbleibt, auch wenn von dem Aktuator 30 keine Kraft auf sie ausgeübt wird.
Wenn die Schaltmuffe 28 mittels des Aktuators aus der Neutralstellung N in eine der zwei Schaltstellungen S verschoben wird (5b), drückt die Schaltmuffe 28 den Druckkörper 66 gegen die Kraft F_F der Feder 64 in die Radialausnehmung 62. Durch die Rampenabschnitte 68, 70 wird dabei auch in der Schaltstellung S eine Axialkraft 52 erzeugt, die der Federkraft 52 in 2 entspricht.
Durch eine derartige Federanordnung läßt sich eine Schaltkupplung mit selbstauswerfender Schaltmuffe konstruktiv günstig realisieren.
Vorzugsweise ist eine Mehrzahl derartiger Federanordnungen über den Umfang der Schaltkupplung verteilt, wie es schematisch in 6 angedeutet ist. In 6 ist ferner eine Verzahnung 74 der Schaltmuffe 60 gezeigt, entlang der die Schaltmuffe 28 axial verschieblich ausgebildet ist.
Es versteht sich, daß die Federkraft 52 der 2 auch durch andere Arten von Federelementen aufgebracht werden kann. Bei radial angeordneten Federn 64 sind Druckstücke 66 nicht unbedingt notwendig.
In der Regel werden sich die Federelemente 64 in axialer Richtung an der Führungsmuffe 60 abstützen müssen. Hierzu werden in der Führungsmuffe 60 in der Regel geeignete Aufnahmen (nicht dargestellt) geschaffen.
Das Schaltpaket muß im Gegensatz zu Lösungen mit umlaufenden Nuten zur Aufnahme von Federelementen für die Erzeugung der Federkraft 52 nicht verbreitert werden. Die Verzahnung wird, wie es in 6 gezeigt ist, nur direkt im Bereich der Federanordnungen durch die Radialausnehmungen unterbrochen.
Die beschriebenen Schaltkupplungen können auch vorteilhaft in einem Getriebe verwendet werden, das in der eingangs genannten DE 197 41 440 A1 beschrieben ist.

Claims

Aktuatorisch betätigte Schaltkupplung (29) für ein Getriebe (16), insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem ersten Schaltglied (28), das an einer Welle (26) zwischen einer Neutralstellung (N) und einer Schaltstellung (S) axial verschieblich ausgebildet ist und das mit einer ersten Verzahnung (40) versehen ist, einem Aktuator (30) zum Verschieben des ersten Schaltgliedes (28) von der Neutralstellung (N) in die Schaltstellung (S) und einem zweiten Schaltglied (44), das an der Welle (26) drehbar gelagert ist und mit einer zweiten Verzahnung (42) versehen ist, wobei die Verzahnungen (40, 42) in der Schaltstellung (S) des ersten Schaltgliedes (28) miteinander in Eingriff stehen und die Welle (26) und das zweite Schaltglied (44) drehfest miteinander verbinden, und wobei Haltemittel (46, 48) vorgesehen sind, um bei einer Übertragung von Drehmoment über die Schaltkupplung (29) das erste Schaltglied (28) in der Schaltstellung (S) zu halten, gekennzeichnet durch einen Auswurfmechanismus (52; 64), der das erste Schaltglied (28) in der Schaltstellung (S) in Richtung der Neutralstellung (N) vorspannt und derart dimensioniert ist, daß das erste Schaltglied (28) dann, wenn das über die Schaltkupplung (29) übertragene Drehmoment unter einen Schwellenwert (M_S1, M_S2) fällt, in die Neutralstellung (N) verschoben wird.
Schaltkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Auswurfmechanismus (52; 64) zwischen der Welle (26) oder einem drehfest hiermit verbundenen Glied (60) und dem ersten Schaltglied (28) angreift.
Schaltkupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Auswurfmechanismus elastische Federmittel aufweist, die eine an der Welle oder einem drehfest hiermit verbundenen Glied (60) angeordnete Feder (64) aufweisen, die radial ausgerichtet ist und auf ein radial verschiebliches Druckstück (66) wirkt, das mit dem ersten Schaltglied (28) in Wirkverbindung steht, derart, daß die radiale Federkraft (F_F) das in der Schaltstellung (S) befindliche erste Schaltglied (28) in Richtung Neutralstellung (N) vorspannt.
Schaltkupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkverbindung zwischen Druckstück (66) und erstem Schaltglied (28) eine Rampe (68, 70) aufweist.
Schaltkupplung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Geometrie der Rampe (57; 70) durch eine Funktion ß = f(s) beschrieben werden kann, wobei ß den Winkel der Rampe (57; 70) und s den Weg des Schaltgliedes (28) darstellt, wobei die Funktion linear oder nichtlinear sein kann.
Schaltkupplung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckstück (58) die Rampe (57) an jedem Punkt des Schaltwegs s tangential berührt. 7, Schaltkupplung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Rampenwinkel β(s) zwischen 10° und 70° liegt und der Schaltweg s des Schaltglieds (28) bis zu 12 mm beträgt.
Schaltkupplung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rampe (57; 68, 70) so geformt ist, daß die Feder (64) in der Schaltstellung (S) des ersten Schaltgliedes (28) eine Federkraft (F_F) auf das erste Schaltglied (28) in Richtung der Neutralstellung (N) ausübt, die dem Schwellenwert (M_S1, M_S2) des übertragenen Drehmomentes entspricht.
Schaltkupplung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Federmittel eine Mehrzahl von Federanordnungen aus Feder (64) und Druckstück (66) aufweisen, die über den Umfang der Welle (26) verteilt angeordnet sind.
Schaltkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltemittel (46, 48) durch eine Hinterlegung (46, 48) an wenigstens einer der Verzahnungen (40, 42) gebildet sind.
Schaltkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellenwert (M_S1, M_S2) des Drehmomentes im Bereich zwischen 25 und 100 Nm liegt, insbesondere im Bereich zwischen 40 und 60 Nm.
Getriebe (16) für Kraftfahrzeuge, mit einer Mehrzahl von Radsätzen (22, 24) zum Einrichten unterschiedlicher Gang stufen und einer Mehrzahl von Schaltkupplungen (29), um die jeweiligen Radsätze (22, 24) in den Kraftfluß vom Getriebeeingang (18) zum Getriebeausgang (26) zu schalten oder davon zu jeweils zu trennen, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Schaltkupplungen (29) eine Schaltkupplung (29) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 ist.
Verfahren zum Steuern einer Schaltkupplung (29) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, mit dem Schritt, bei einem Lastwechsel (t_s–t₀) den Aktuator (30) zu betätigen, wenn kein Gangwechsel gewünscht ist, um ein Auslegen des eingelegten Ganges durch den Auswurfmechanismus (52; 64) zu verhindern.