DE3315221C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Betätigungseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Zum Einlegen von Gängen an Getrieben werden häufig druckmittelbeaufschlagte Arbeitszylinder verwendet. In der Regel können diese Zylinder drei Stellungen einnehmen, da das Einrückelement im Getriebe jeweils zwischen zwei Zahnrädern angeordnet ist. Durch Verschieben aus der Mittelstellung in Richtung zum einen oder anderen Zahnrad wird das jeweilige Einrückelement gekoppelt. Bei Schaltungen, die nach dem H-Schema angeordnet sind, muß der Schaltzylinder drei Stellungen einnehmen können, welche den Stellungen vorn (ungerader Gang), Mitte (neutral) und hinten (gerader Gang) des Schalthebels entsprechen.

Mit den deutschen Offenlegungsschriften DE 31 08 781 A1 und DE 31 18 583 A1 sind Anordnungen von Schaltzylindern mit drei Stellungen vorgeschlagen worden. Diese Anordnungen tragen insbesondere den speziellen Bedingungen am Getriebe nach geringem Aufwand und begrenztem Einbauraum Rechnung.

Aus der DE 23 43 711 C2 ist bekannt, eine Schalteinrichtung für ein mechanisches Wechselgetriebe von Kraftfahrzeugen vorzusehen, bei welcher die Gänge hilfskraftunterstützt vom Fahrer einlegbar sind. Hierbei ist die Schaltwelle mit einem Steuerkörper für zwei Ventile verbunden. Bei Bewegung der Schaltwelle werden die genannten Ventile so verstellt, daß sie eine Hilfskraftvorrichtung, welche ebenfalls mit der Schaltwelle verbunden ist, so mit Druckmittel beaufschlagen, daß eine Unterstützung der vom Fahrer aufgebrachten Schaltkraft erfolgt.

Weiter ist aus der DE-AS 27 46 587 bekannt, bei einer druckmittelbetätigten Schalteinrichtung für ein Kraftfahrzeug- Wechselgetriebe die Hauptgetriebewelle solange zu sperren, bis die Schaltungg des Gruppengetriebes beendet ist. Hierzu dient ein Sperrkolben, der in eine Nut der Schaltwelle einfährt.

Zur Auswahl von Schaltgassen muß die Getriebeschaltwelle in verschiedene Positionen gebracht werden. Auch hierfür werden in der Regel Mehrstellungszylinder verwendet.

Da die Positionen, die der Schaltfinger im Getriebe einnehmen muß, sehr genau eingehalten werden müssen, ist es üblich, federbelastete Rasten zur Positionierung des Schaltfingers zu verwenden. Gleichzeitig bieten diese Rasten auch den Vorteil, daß die Schaltelemente während des Betriebs in der Raststellung gehalten werden und nicht durch dynamische Kräfte aus ihrer Sollposition verschoben werden. Soll eine solche gerastete Getriebeschaltwelle mittels eines mit pneumatischem Druck beaufschlagten Zylinders in eine andere Position gebracht werden, ist in dem entsprechenden Zylindersteuerraum ein pneumatischer Druck aufzubringen, der mindestens ausreicht, um die Raste gegen ihre Rampe herauszuschieben. Die Druckhöhe, die dafür erforderlich ist, ist erheblich. Das führt aber dazu, daß sich bis zum Zeitraum des Ausrückens der Raste im Zylindersteuerraum eine erhebliche potentielle Energie aufgebaut hat. Da bei der weiteren Bewegung der Getriebeschaltwelle bis in die neue Position, nur noch geringe Reibungen als Widerstandskraft zu überwinden sind, wird sich die gespeicherte potentielle Energie in kinetische Energie umsetzen und die Getriebeschaltwelle beschleunigen. Es ist nun in der Folge sehr schwierig, die sich mit hoher Geschwindigkeit bewegende Getriebeschaltwelle exakt in der neuen Sollposition wieder zu stoppen, ohne daß die neue Position überfahren wird. Dieses ist beim Schalten der Gänge, vor allem aber beim Anwählen der Mittelposition, aus der Neutralstellung, wichtig.

Oft treten aber auch beim Schalten von einer Gangposition in die andere, z. B. von einem großen Gang in einen in der gleichen Ebene liegenden ungeraden Gang, Probleme auf. Bedingt durch die aufgenommene kinetische Energie läuft die Getriebeschaltwelle mit einer so großen Geschwindigkeit, daß die Synchronisierelemente nicht ausreichend Zeit haben, in ihre Wirkposition zu laufen oder aus diesen wieder herausgerissen werden. Es kommt dann zum Ratschen des Getriebes und damit zu einer Zerstörung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung anzugeben, die eine Betätigung der Getriebeschaltelemente in mehrere Stellungen ermöglicht, ohne daß sich die beschriebene potentielle Energie im Arbeitszylinder aufbaut und die gleichzeitig auch Mittel aufweist, die Getriebeschaltelemente schnell und ohne Überschwingen zu positionieren.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 enthaltene Erfindung gelöst. Weiterbildungen und vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in einer Zeichnung dargestellt und nachfolgend beschrieben.

Die Zeichnung zeigt schematisch die Anordnung der verschiedenen Elemente einer Einrichtung zum Schalten der Gänge eines Fahrzeug- Getriebes, Position 4 bezeichnet die Getriebeschaltwelle, wie sie in dieser oder ähnlicher Form in den meisten Mehrganggetrieben zu finden ist. Die Darstellung zeigt einen vorderen, flächig dargestellten, schraffierten Bereich 14, der mit dem hinteren, perspektivisch dargestellten Bereich der Welle 4 eine Einheit bildet, also fest damit gekoppelt ist. Mit der Getriebeschaltwelle 4 ist über einen Hebel 15 eine nur teilweise dargestellte Schaltklaue 16 verbunden. Diese wird bei Drehung der Welle 4 waagerecht verschoben, wodurch nicht dargestellte Gangeinrückelemente, die auch eine Synchronisation enthalten können, den entsprechenden Gang einlegen.

Die Drehung der Schaltwelle 4 erfolgt durch eine Druckbeaufschlagung eines Kolbens 17 in einem Arbeitszylinder 1. Der Kolben 17 ist über einen Hebel 18 mit der Getriebeschaltwelle 4 verbunden.

Die Druckbeaufschlagung des Kolbens 17 kann gesteuert werden durch eine Umschaltung zweier Ventile 19 und 20. In der dargestellten Stellung verbinden die Ventile 19 und 20 die beiden Kolbenseiten des Kolbens 17 über die Leitungen 21 und 22 mit der Atmosphäre. Wird das Ventil 19 oder 20 in die zweite mögliche Stellung geschaltet, dann wird die entsprechende Zylinderseite über die Leitungen 21 oder 22 mit einer Vorratsleitung 23 und damit mit einem Druckluft- Reservoir 24 verbunden. Die Ventile 19 und 20 sind übliche elektromagnetbetätigte 3/2-Wegeventile. Die Ventile 19 und 20 können über Leitungen 25 und 26 von einer elektronischen Steuereinheit 3 in die eine oder andere Stellung geschaltet werden.

Von der Steuereinheit 3 kann über eine weitere Leitung 27 auch ein elektromagnetbetätigtes 3/2-Wegeventil 28 umgesteuert werden. Hierdurch kann über eine Leitung 29 die eine Seite eines Kolbens 30 mit Druck beaufschlagt werden.

Der Kolben 30 ist Bestandteil einer Festhalteeinrichtung 2 für die Schaltwelle 4. Auf der druckabgewandten Seite wird der Kolben 30 von einer vorgespannten Feder 31 mit Kraft beaufschlagt. Hierdurch wird der Kolben 30 im nicht druckbeaufschlagten Zustand nach rechts gedrückt. Auf der rechten Seite ist der Kolben 30 mit einem in einer Kunststofführung 7 geführten Stift 5 verbunden, dessen rechte, angeschrägte Seite in eine Nut 6 eines Ringes 9 gedrückt wird.

Die Nut 6 sowie auch weitere Nuten 11 und 12 befinden sich im Ring 9, der auf der Getriebeschaltwelle 4 drehbar gelagert angeordnet ist. Der Ring 9 ist mit der Getriebeschaltwelle 4 in Umfangsrichtung elastisch verbunden. Dies wird erreicht durch einen Biegefederstift 8. Der Biegefederstift 8 ist an seinem unteren Ende 32 in die Getriebeschaltwelle 4 eingepreßt und kann sich an seinem oberen Ende in einer erweiterten Bohrung 33 frei bewegen.

Die Verbindung des Ringes 9 mit der Getriebeschaltwelle 4 mittels des Biegefederstiftes 8 dient zur abgefederten Lagerung des Ringes 9 auf der Getriebeschaltwelle 4. Mittels zweier Einstellschrauben 10 kann der Ring 9 und damit die Nuten 6, 11 und 12 durch Heraus- oder Hereindrehen in Umfangsrichtung verschoben werden.

Weiter ist ein Weggeber 13 an den mit der Getriebeschaltwelle 4 verbundenen Hebel 18 angelenkt. Dieser gibt über eine Leitung 34 ein Signal über die Stellung der Getriebeschaltwelle 4 an die elektronische Steuereinheit 3.

Bei gebräuchlichen Getrieben ist die Getriebeschaltwelle 4 in der Regel in den Gangstellungen in den Nuten 11 oder 12 und in der Neutralstellung in der Nut 6 mittels des von der Feder 31 belasteten Stiftes 5 form- oder reibschlüssig gerastet. Dieses dient dazu, ein durch äußere Störkräfte hervorgerufenes selbständiges Verdrehen in eine neue Stellung zu verhindern. Üblicherweise ist die Verbindung zwischen Stift 5 und den Nuten 6, 11 und 12 reibschlüssig, so daß bei Beaufschlagung des Zylinders 1 mit Druck der Stift 5 gegen die Kraft der Feder 31 aus einer der Nuten 6, 11 oder 12 herausgedrückt wird und so in eine neue Stellung geschaltet werden kann. In diesem Falle ist es aber erforderlich, eine Betätigungseinheit 1 zu verwenden, die die gewünschte Anzahl Stellungen hat, da andernfalls die gewünschte Stellung überfahren würde.

Wird dagegen, wie in der Erfindung vorgeschlagen, eine gesteuerte Festhaltevorrichtung 2 verwendet, dann kann die Verbindung des Stiftes 5 mit dem Ring 9 formschlüssig gestaltet werden. Der Arbeitszylinder 1 kann ein einfacher, in zwei Richtungen beaufschlagbarer Zylinder sein, äquivalent wirkend waren auch Motore, denkbar. Durch eine entsprechende Steuerung des Zylinders 1 und der Festhalteeinrichtung 2 kann dann die Getriebeschaltwelle 4 in so viele Positionen gebracht werden, wie Nuten vorhanden sind.

Ein Schaltvorgang aus einer Position, in der der Stift 5 in der Nut 11 eingerastet ist, in die dargestellte Position, in der sich der Stift 5 in der Nut 6 befindet, entspricht einem Schaltvorgang aus einem Gang in die Neutralstellung. Hierbei gibt die Steuereinheit 3 über die Leitung 27 zuerst ein Signal zum Beaufschlagen des Kolbens 30 an das Ventil 28. Der Stift 5 rückt dann aus der Nut 11 aus. Danach wird von der Steuereinheit 3 über die Leitung 25 ein Signal zum Beaufschlagen der linken Seite des Kolbens 17 an das Ventil 19 gegeben und hierdurch die Getriebeschaltwelle 4 über den Hebel 18 im Uhrzeigersinn gedreht. Diese Drehung wird von dem Weggeber 13 registriert und an die Steuereinheit 3 gemeldet. Diese nimmt daraufhin die Druckbeaufschlagung des Kolbens 30 durch Zurückschalten des Ventils 28 wieder zurück. Der Stift 5 fährt dann, durch die Feder 31 gedrückt, gegen den Ring 9. Sobald die Getriebeschaltwelle 4 in der Mittelposition angekommen ist, tritt der Stift 5 in die Nut 6 ein und hält die Getriebeschaltwelle 4 in dieser Position fest. Ein harter Anschlag in der Nut wird durch die als Dämpfungselement ausgebildete Kunststoffbuchse 7 und die Federung über den Biegefederstift 8 vermieden. Der Wegverlauf der Getriebeschaltwelle 4 wird von der Steuereinheit 3 mittels des Weggebers 13 ständig überwacht und die Druckbeaufschlagung des Kolbens 17 ein abgestimmtes Wegstück vor Ankunft des Stiftes 5 in der Position der Nut 6 wieder zurückgenommen.

Die Zurücknahme der Druckbeaufschlagung des Kolbens 17 kann vorteilhaft auch von der Laufgeschwindigkeit der Getriebeschaltwelle 4 abhängig sein.

Außerdem kann natürlich auch die Druckbeaufschlagung des Kolbens 30 der Festhalte-Einrichtung 2 in Abhängigkeit von der Position oder der Laufgeschwindigkeit der Getriebeschaltwelle 4 gesteuert werden. Hierdurch ergibt sich ein mehr oder weniger großes Bremsmoment durch die Reibung zwischen Stift 5 und Ring 9.

Weiterhin kann die Einnahme der neuen Position der Getriebeschaltwelle 4 durch entsprechende Gestaltung der Nuten 6, 11 und 12 beeinflußt werden. So können die Nuten 11 und 12 beispielsweise flach im Vergleich zur Nut 6 ausgeführt sein, um ein frühes Loslaufen der Getriebeschaltwelle 4 aus den Gangstellungen in die Mittelstellung zu gewährleisten. Dagegen kann für ein sicheres Einrasten in die Mittelstellung die Nut 6 tiefer ausgeführt sein.

Bei einer Schaltung der Getriebeschaltwelle 4 aus der Position, in der sich der Stift 5 in der Nut 11 befindet, in die Position, in der er sich in der Nut 12 befindet, erfolgt der Ablauf der Steuerung analog zum oben beschriebenen Beispiel. Um ein Überfahren der Synchronisation für den neu angewählten Gang jedoch zu vermeiden, kann es angebracht sein, die Getriebeschaltwelle 4 in der Mittelposition etwas abzubremsen. In diesem Fall würde der Schaltablauf ausgeführt werden. Bei der weiteren Bewegung aus der Mittelposition in die Position der Nut 12 würde der Schaltablauf dann noch einmal annähernd wiederholt werden.

Ein noch sicheres Einrasten des Stiftes 5 in der Mittelstellung würde bei Verwendung zweier gleichzeitig gesteuerter Festhalteeinrichtungen 2 gegeben sein, deren Stifte 5 in der Mittelposition von verschiedenen Seiten an eine eine Nut bildende Rampe anschlagen (nicht dargestellt). Das sichere Einrasten ist dann nicht mehr auf das ausreichend schnelle Hineinrutschen des Stiftes 5 in die Nut 6 während der Drehung der Getriebeschaltwelle 4 angewiesen. Dieses wäre eine einfache, jedoch aufwendigere Erweiterung, die in der Zeichnung nicht weiter dargestellt ist.

Claims (17)

1. Betätigungseinrichtung zum Schalten von Gängen und/oder Gassen an Getrieben, vornehmlich synchronisierten Getrieben für Straßenfahrzeuge, die umfaßt

• a) einen die Getriebeschaltwelle (4) bewegenden Arbeitszylinder (1);
• b) eine steuerbare, die Getriebeschaltwelle (4) in mindestens einer Stellung festhaltende Festhaltevorrichtung (2);
• c) eine den Arbeitszylinder (1) in mindestens zwei Richtungen steuernde und die Festhaltevorrichtung (2) in mindestens zwei Stellungen steuernde elektronische Steuereinheit (3);
• e) einen Weggeber (13) für die Anzeige der Bewegung der Getriebeschaltwelle (4), wobei die Betätigungseinrichtung durch die elektronische Steuereinheit (3) derart schaltbar ist, daß beim Wechsel von einer Schaltstellung zur anderen zunächst die Festhaltevorrichtung (2) von der Getriebeschaltwelle (4) frei steuerbar ist, hernach ein Arbeitsraum des Arbeitszylinders (1) zur Bewegung der Getriebeschaltwelle (4) druckbeaufschlagt wird und bei deren Bewegung, veranlaßt durch das Weggebersignal, die Festhaltevorrichtung (4) wieder zuschaltbar ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitszylinder (1) ein beidseitig druckbeaufschlagbarer Zweistellungszylinder ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die steuerbare, die Getriebeschaltwelle (4) in mindestens einer Stellung festhaltende Festhaltevorrichtung (2) ein druckbeaufschlagbarer Zylinder mit mindestens zwei steuerbaren Stellungen ist.

4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Festhaltevorrichtung (2) einen einseitig druckbeaufschlagten und in der Gegenrichtung federbeaufschlagten Kolben (30) aufweist.

5. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Festhaltevorrichtung (2) form- oder reibschlüssig in die Getriebeschaltwelle (4) eingreift.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die form- oder reibschlüssige Verbindung zwischen der Festhaltevorrichtung (2) und der Getriebeschaltwelle (4) mittels eines von der Festhaltevorrichtung (2) betätigten, in eine an der Getriebeschaltwelle (4) angebrachten Nut (6) eingreifenden Stiftes (5) gebildet wird.

7. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die form- oder reibschlüssige Verbindung mindestens in der Schaltstellung, die der Neutralstellung entspricht, hergestellt wird.

8. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen (7 und 8) vorgesehen sind, die den Eingriff der Festhaltevorrichtung (2) dämpfen oder abfedern.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Dämpfung des Eingriffs der Stift (5) in einer Kunststoffbuchse (7) geführt ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abfederung des Eingriffs eine Stabfeder (8) vorgesehen ist, die zwischen dem die Nut (6) tragenden Ring (9) und der Getriebeschaltwelle (4) angeordnet ist.

11. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage des Eingriffspunktes, die mittels der Nut (6) festgelegt ist, durch eine Einstellvorrichtung (10) einstellbar ist.

12. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Festhaltevorrichtung (2) in den Arbeitszylinder (1) integriert ist.

13. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (3) die Festhalteeinrichtung (2) so steuert, daß auf die Getriebeschaltwelle (4) eine Bremsreibung ausgeübt wird.

14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung der auf die Getriebeschaltwelle (4) ausgeübten Bremskraft durch die Steuereinheit (3) abhängig vom Drehwinkel der Getriebeschaltwelle (4) erfolgt.

15. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Festhaltevorrichtung (2) von der Steuereinheit (3) so gesteuert wird, daß beim Schalten von einem Gang in einen in der gleichen Gasse liegenden neuen Gang die Getriebeschaltwelle (4) in der Mittelposition (6) durch Betätigung in Einrückrichtung gesperrt oder gebremst wird.

16. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zur steuerbaren Festhaltevorrichtung (2) eine nicht steuerbare Rastvorrichtung vorgesehen ist.

17. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (3) einen Mikrocomputer enthält.