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Die
Erfindung betrifft eine Walzenschaltung für Stirnradgetriebe mit Zahnradpaarungen
aus Fest- und Losrädern
auf mindestens zwei parallelen Wellen und einer Schalteinrichtung
zur formschlüssigen Kraftübertragung
in Umfangsrichtung von mindestens einem Losrad mit einer Losradwelle,
wobei die Schalteinrichtung aus Verbindungselementen besteht, durch
die ein ausgewähltes
Losrad gegenüber der
Losradwelle festlegbar ist und diese Verbindungselemente über Schaltgabeln
durch eine Schaltwalze betätigt
werden, wobei jede Schaltgabel einen zur Schaltwalze hin gerichteten
Gleitstein besitzt, der in eine am Umfang der Schaltwalze ausgebildete Steuernut
hineinragt und mit einem Aktuator bezüglich der Schaltwalze in im
wesentlichen radialer Richtung bewegbar ist, wobei die Steuernuten
der Schaltwalze in radialer Richtung abgestuft sind und eine Kontur
besitzen, die eine Bewegung des jeweiligen Gleitsteins bezüglich der
Längsachse
der Schaltwalze aus einer Mittelstellung in zwei entgegengesetzte Endstellungen
bewirkt, und wobei Rastmittel vorgesehen sind, um die Schaltgabeln
in der Mittelstellung und in den beiden Endstellungen lösbar zu
arretieren.
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Eine
derartige Walzenschaltung ist in der
EP 0 741 258 B1 beschrieben. Bei dieser bekannten Walzenschaltung
erstrecken sich die Steuernuten über
einen Winkel von weniger als 360°,
und die Schaltwalze wird zum Hinauf- und Herunterschalten in entgegengesetzten
Drehrichtungen angetrieben. Damit die Schaltwalze in jeder Gangstufe
in die Neutralstellung verdreht werden kann, ohne daß die dazwischenliegenden
Gänge sequentiell
abfolgend eingelegt werden, ist vorgesehen, daß die Steuernuten über den
axial mittleren Bereich ihrer Kontur in Radialrichtung abgestuft
sind. Anders ausgedrückt,
es sind nur diejenigen Bereiche der Steuernuten abgestuft, die eine
Auslenkung des Gleitsteins aus der Neutralstellung bewirken. Wenn
die Schaltwalze in die Neutralstellung verdreht werden soll, dann
werden diejenigen Gleitsteine, die sich bereits in der Neutralstellung
befinden, mit den zugehörigen
Aktuatoren etwas angehoben, so daß sie sich auf der Höhe der Stufe
der Steuernut befinden und von der Kontur dieser Steuernut nicht
beeinträchtigt
werden. Auf ähnliche
Weise kann von einer Gangstufe in eine andere Gangstufe geschaltet
werden, wobei eine oder mehrere dazwischen liegende Gangstufen übersprungen
werden. Bei dieser bekannten Walzenschaltung kann aber bei einer
Verdrehung der Schaltwalze eine axiale Bewegung nur solcher Schaltgabeln
unterdrückt
werden, die sich in der Neutralstellung befinden. Diese bekannte
Walzenschaltung ist daher für
Gruppenschaltgetriebe weniger geeignet, bei denen in allen Vorwärtsgängen stets
zwei Losräder
mit der zugeordneten Losradwelle formschlüssig verbunden sind. Wenn bei
einem Gruppenschaltgetriebe eine Gangstufe übersprungen werden soll, dann
kann der Fall eintreten, daß ein
in der augenblicklichen Gangstufe (Quellgang) mit der Losradwelle
formschlüssig
verbundenes Losrad auch in der angestrebten Gangstufe (Zielgang)
formschlüssig
verbunden bleiben soll. Bei der bekannten Ausbildung der Steuernut
würde die
zugeordnete Schaltgabel aber zwangsläufig zunächst in die Neutralstellung und
anschließend
wieder in die Einrückstellung
bewegt werden. Im Vergleich zu einem normalen Stirnradgetriebe erfordert
ein Gruppenschaltgetriebe einen größeren Durchmesser der Schaltwalze,
weil eine Verdrehung eine Vielzahl von Positionen der Schaltgabeln
verwirklichen muß.
Es sind daher entsprechend lange Steuerkurven erforderlich, weil
viele Schaltpositionen durchfahren werden müssen.
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Aus
der
DE 195 09 477
A1 ist eine Walzenschaltung bekannt, bei der ein durch
Rastmittel arretierbarer Gleitstein durch einen Aktuator in radialer Richtung
zur Steuernut beweglich ist und zugleich eine elektronische Steuereinheit
vorgesehen ist, die mit einer Drehwinkel-Meßeinrichtung verbunden ist. Die
in der Schaltwalze ausgebildeten Steuernuten sind nicht in sich
geschlossen und sie sind auch nicht über die gesamte Erstreckung
ihrer Kontur in radialer Richtung abgestuft.
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Ferner
ist aus der
DE 694
00 522 T2 eine Walzenschaltung bekannt, deren Schaltwalze
mit in sich geschlossenen Steuernuten versehen ist. Die Steuernuten
sind in radialer Richtung nicht abgestuft.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Walzenschaltung
dahingehend zu verbessern, daß sie
auch für
Gruppenschaltgetriebe geeignet ist.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe dadurch gelöst,
daß die
Steuernuten in sich geschlossen sind und über die gesamte axiale Erstreckung
ihrer Kontur in radialer Richtung abgestuft sind, daß die Kontur
der Steuernuten einen sich von der größten Breite zur axialen Mitte
hin verjüngenden
Zentrierbereich umfaßt,
daß die
Schaltwalze zur Verdrehung in einer Richtung antreibbar ist, daß der Schaltwalze eine
Drehwinkel-Meßeinrichtung
zugeordnet ist, daß eine
den jeweils eingelegten Gang ermittelnde Einrichtung vorgesehen
ist, und daß eine
Steuereinheit vorgesehen ist, die mit der Drehwinkel-Meßeinrichtung
und mit der Gangstufen-Ermittlungseinrichtung sowie mit den Aktuatoren
der Gleitsteine der einzelnen Schaltgabeln verbunden ist.
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Mit
einer Umdrehung der Schaltwalze kann jeder beliebige Gang, einschließlich Rückwärtsgang und
Leerlaufposition geschaltet werden. Auch für eine Mehrfachschaltung muß kein „unbeteiligter” Gang durchfahren
werden. Wenn die gewünschte Gangstufe,
d. h. der Zielgang mit einer entsprechenden Befehlseinrichtung eingegeben
wird, dann ermittelt die Steuereinheit, welche Stellungen die Schaltgabeln
in der gewünschten
Gangstufe einnehmen müssen.
Bei der oder denjenigen Schaltgabeln, die ihre augenblickliche Stellung
beibehalten können, wird
der Gleitstein aus der zugeordneten Steuernut zurückgezogen,
so daß diese
wirkungslos bleibt. Bei der- oder denjenigen Schaltgabeln, deren
Axialstellung für
den gewünschten
Gangwechsel geändert werden
muß, wird
der Gleitstein nur mit demjenigen Bereich der zugeordnete Steuerkurve
in Eingriff gebracht, der die gewünschte Bewegung der zugeordneten
Schaltgabel bewirkt. Dies wird dadurch erreicht, indem der Aktuator
dieses Gleitsteins in Abhängigkeit
vom Drehwinkel der Schaltwalze betätigt wird.
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Bei
Mehrfachschaltungen ergibt sich ein Zeitvorteil, da die Zeitdauer
zum Synchronisieren der dazwischenliegenden Gangstufen entfällt. Wenn
ein Zahn radpaar sowohl im Quell- als auch im Zielgang im Kraftfluß liegt,
dann muß dieser
Gang nicht erst herausgenommen und erneut synchronisiert werden.
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Die
Gangstufen-Ermittlungseinrichtung kann beispielsweise von einer
die Axialstellung der Schaltgabeln ermittelnden Einrichtung gebildet
sein.
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Da
die für
einen Schaltvorgang erforderlichen Bewegungen der Schaltgabel oder
der Schaltgabeln jeweils durch eine volle Umdrehung der Schaltwalze
bewirkt werden, können
die Steuerkurven identisch ausgebildet sein. Die Schaltwalze kann daher
aus mehreren identischen Abschnitten zusammengesetzt sein. Dabei
ist es zweckmäßig, wenn
die Trennfuge zwischen den einzelnen Abschnitten in der Mitte einer
Steuernut verläuft.
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Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend
näher erläutert. Es
zeigt:
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1 einen
Abschnitt einer Schaltwalze mit zwei Schaltgabeln,
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2 eine
Abwicklung der Schaltwalze,
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3a einen
Schnitt nach der Linie A-A,
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3b einen
Schnitt nach der Linie B-B,
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4 eine
Darstellung ähnlich
wie 3b, wobei ein Gleitstein in der wirksamen und
in der unwirksamen Stellung gezeigt ist,
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5 einen
Querschnitt durch die Schaltwalze und eine Schaltgabel,
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6 eine
gebaute Schaltwalze mit im Sinterverfahren hergestellten Segmenten,
und
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7 ein
Blockschaltbild der Steuerung der Walzenschaltung.
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1 zeigt
eine Schaltwalze 1 mit darauf geführten Schaltgabeln 2.
Jede Schaltgabel 2 kann durch Verschieben auf der Schaltwalze 1 nach
links oder nach rechts jeweils über
eine nicht gezeigte Schalteinrichtung ein nicht gezeichnetes Losrad
auf der nicht gezeichneten Losradwelle festlegen. Dadurch wird die
jeweils gewünschte
Gangstufe des Schaltgetriebes eingelegt. In der Mittelstellung befindet
sich jede Schaltgabel 2 in ihrer Neutralstellung. Sind
alle Schaltgabeln 2 in dieser Neutralstellung, so ist kein
Losrad festgelegt und deshalb keine Gangstufe eingelegt. Es sind
(nicht gezeigte) Rastmittel vorgesehen, um die Schaltgabeln 2 in
der Mittelstellung und in den beiden Endstellungen lösbar zu
arretieren. Die gezeichnete Schaltwalze 1 für ein Kraftfahrzeuggetriebe
ist für
drei Schaltgabeln 2, wovon eine nicht gezeichnet ist, zum
Schalten von fünf
Vorwärts-
und einem Rückwärtsgang
vorgesehen.
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Wie
aus 5 hervorgeht, ist in der Nabe jeder Schaltgabel 2 ein
Führungsstift
oder ein Gleitstein 5 radial verschiebbar gelagert. Dieser
Gleitstein 5 ragt in eine Steuernut 3 hinein,
die sich um den gesamten Umfang der Schaltwalze 1 erstreckt.
Dem Gleitstein 5 ist ein Aktuator 6 zugeordnet,
so daß er gegenüber der
Schaltwalze 1 in radialer Richtung zwischen zwei Endstellungen
bewegt werden kann, wie dies nachfolgend noch näher erläutert wird. Die Bewegung des
Gleitsteins kann z. B. mechanisch, hydraulisch oder elektromagnetisch
erfolgen.
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In 1 ist
nur die Steuernut 3 der Schaltwalze 1 für die nicht
dargestellte Schaltgabel sichtbar. Die beiden anderen Steuernuten 3 für die gezeigten
Schaltgabeln 2 sind nicht sichtbar, da sie von den Schaltgabeln
völlig
umgriffen werden, sie sind aber mit der gezeigten Steuernut 3 identisch.
Die Steuernut 3 hat in Längs- und Umfangsrichtung der Schaltwalze 1 eine
bestimmte Kontur, die aus der Abwicklung nach 2 ersichtlich
ist. In Drehrichtung der Schaltwalze gesehen mündet ein trichterförmiger Zentrierbereich 3a in
einen mittleren Bereich 3b, der in einen rechten seitlichen
Bereich 3c übergeht.
An den rechten seitlichen Bereich 3c schließt sich
wiederum ein mittlerer Bereich 3b an, der in einen linken seitlichen
Bereich 3d übergeht.
Der linke seitliche Bereich 3d mündet in das erweiterte Ende
des Zentrierbereichs 3a. Wie aus den Axialschnitten nach 3a und 3b hervorgeht,
ist am Umfang der Schaltwalze 1 eine radiale Stufe 4 ausgebildet,
die sich über
die gesamte axiale Erstreckung der Steuernut 3 erstreckt.
Mit anderen Worten die Stufe 4 bildet die rechte und die
linke Begrenzung des Zentrierbereichs 3a und des rechten
und des linken seitlichen Bereichs 3c und 3d der
Steuernut 3. Wenn der Gleitstein 5 in die Steuernut 3 eingreift,
wie in der rechten Bildhälfte
von 4 gezeigt, dann würde er bei einer vollen Umdrehung
der Schaltwalze 1 zwangsweise über die mittlere Stellung hinaus
nach rechts und nach links verlagert werden. Wenn der Gleitstein 5 jedoch
aus der Steuernut 3 heraus angehoben ist, wie in der linken
Bildhälfte
von 4 gezeigt, dann behält er seine jeweilige Axialstellung
unabhängig
von einer Verdrehung der Schaltwalze 1 bei.
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Der
dem Gleitstein 5 zugeordnete Aktuator 6 wird in
der Weise gesteuert, daß der
Gleitstein 5 bei einer vollen Umdrehung der Schaltwalze 1 nur
mit demjenigen Bereich der Steuernut in Eingriff gelangt, der die
für den
angestrebten Schaltvorgang erforderliche Axialbewegung des Gleitsteins 5 und
damit der Schaltgabel 2 bewirkt. In den übrigen Bereichen
der Steuernut 3 wird der Gleitstein 5 mit dem
Aktuator 6 aus der Steuernut 3 herausgezogen,
so daß diese unwirksam
ist. Wie bereits erwähnt,
sind alle Steuernuten 3 identisch ausgebildet, sie können aber
phasenverschoben sein. Wesentlich ist, daß die Schaltwalze 1 zur
Durchführung
jedes Schaltvorgangs um 360° verdreht
wird. Die für
den Schaltvorgang erforderliche oder nicht erforderliche axiale
Bewegung der drei Schaltgabeln wird dadurch erreicht, daß der zugeordnete
Gleitstein nur mit dem diese Axialbewegung bewirkenden Bereich der
zugeordneten Steuernut 3 in Eingriff gebracht wird. Die
hierfür
erforderliche Steuerung der den Gleitsteinen 5 zugeordneten Aktuatoren 6 ist
in 7 schematisch dargestellt. Eine elektronische
Steuereinheit 7 ist mit einer den Drehwinkel der Schaltwalze
messenden Einrichtung 8 und mit einer die jeweils eingelegte
Gangstufe ermittelnden Einrichtung 9 verbunden. Mit einer
Befehlseinrichtung 10, die ein herkömmliches Schaltbild nach H-Muster
oder ein sequentielles Schaltbild aufweisen kann, wird der Steuereinheit 7 ein
elektrischer Steuerbefehl erteilt, die gewünschte Gangstufe einzulegen.
Die Steuereinheit 7 stellt sodann fest, welche der 3 Schaltgabeln
bei der derzeitigen Gangstufe in welcher Weise axial verstellt werden
müssen.
Falls eine der drei Schaltgabeln ihre derzeitige Stellung beibehalten
kann, dann wird der zugeordnete Aktuator 6 angesteuert,
um den betreffenden Gleitstein 5 aus der Steuernut 3 herauszuziehen.
Die anderen Aktuatoren werden in Abhängigkeit vom Drehwinkel der
Schaltwalze 1 so gesteuert, daß der zugeordnete Gleitstein 5 nur
mit demjenigen Bereich der Steuernut 3 in Eingriff gelangt,
der die erforderliche Axialbewegung des Gleitsteins 5 und
der zugeordneten Schaltgabel 2 bewirkt. Nach Durchführung dieser Axialbewegung
wird der Gleitstein 5 mit dem Aktuator 6 aus der
Steuernut 3 zurückgezogen,
so daß er
die eingenommene Axialstellung unabhängig vom weiteren Verlauf der
Steuernut beibehält.
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Es
ist erkennbar, daß durch
dieses gezielte in und außer
Eingriff bringen der Gleitsteine 5 mit der zugeordneten
Steuernut 3 durch eine volle Umdrehung der Schaltwalze 1 jede
gewünschte
axiale Verschiebung oder auch Beibehaltung der Position der drei
Schaltgabeln bewirkt werden kann. Demzufolge ist es möglich, aus
jeder Gangstufe unmittelbar in den Leergang zu schalten oder von
einer Gangstufe in eine andere zu schalten, wobei die dazwischenliegenden
Gangstufen übersprungen
werden. Da die Steuernuten 3 in sich geschlossen sind,
kann die Schaltwalze 1 auch um mehr als 360° verdreht
werden, sie könnte
beispielsweise zeitweilig oder ständig verdreht werden, um ein
Hilfsaggregat, wie z. B. einen Verdichter, mit konstanter Drehzahl
anzutreiben.
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In 6 ist
eine aus vier Segmenten 12a, 12b, 12c, 12d bestehende
Schaltwalze 1 dargestellt. Die einzelnen Segmente sind
im Sinterverfahren hergestellt, wobei die Trennfugen 14 in
jeder Steuernut 3 liegen. Ein Gewindestift 11 zentriert
und verspannt die vier Segmente 12a, 12b, 12c, 12d.
Eine Verdrehsicherung zwischen den einzelnen Segmenten 12 wird
durch jeweils zwei gegenüberliegende
Klauen 13 erreicht.
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- 1
- Schaltwalze
- 2
- Schaltgabel
- 3
- Steuernut
- 3a
- Zentrierbereich
- 3b
- mittlerer
Bereich
- 3c
- rechter
seitlicher Bereich
- 3d
- linker
seitlicher Bereich
- 4
- Stufe
- 5
- Gleitstein
- 6
- Aktuator
- 7
- Steuereinheit
- 8
- Drehwinkel-Meßeinrichtung
- 9
- Gangstufen-Ermittlungseinrichtung
- 10
- Schaltbefehleinrichtung
- 11
- Gewindestift
- 12
- Segmente
- 13
- Klauen
- 14
- Trennfuge