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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Stellvorrichtung für ein schaltbares
Stufengetriebe mit einer Mehrzahl von Gängen für ein Kraftfahrzeug, mit einer
Mehrzahl von Schaltwalzen zum Umwandeln von Drehbewegungen jeweiliger
Stellantriebe in Axialbewegungen von Stellgliedern zum Schalten
des Stufengetriebes, wobei die Schaltwalzen jeweils wenigstens eine
Umfangsspur aufweisen, an der ein oder zwei axial verschiebliche
Führungselemente
geführt
sind, die jeweils mit einem Stellglied gekoppelt sind, und wobei
die Umfangsspuren jeweils wenigstens eine Schaltzacke aufweisen,
an der die zugehörigen
Führungselemente
bei Drehbewegungen der Schaltwalze axial verschoben werden, derart,
daß die
Schaltzacke der Umfangsspur einer Schaltwalze je nach Drehposition
eines der zwei zugeordneten Stellglieder axial bewegt, sowie ein
durch solch eine Stellvorrichtung gekennzeichnete, Stufengetriebe
für ein
Kraftfahrzeug. Eine solche Stellvorrichtung ist aus der
US 4,409,858 bekannt.
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Auf
dem Gebiet der Motorräder
ist es seit langem bekannt, zum Ein- und Auslegen von Gängen des
Getriebes eine Schaltwalze zu verwenden, die eine Umfangsspur aufweist,
in der ein axial verschiebliches Führungselement geführt ist.
Drehbewegungen der Schaltwalze werden durch einen Fußhebel mit
zugeordneter Klinkeinrichtung eingeleitet. Schaltwalzen als Stellvorrichtungen
ermöglichen
generell nur ein sequentielles Schalten des Stufengetriebes.
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Auf
dem Gebiet der Vierradfahrzeuge besteht ein steigender Bedarf nach
automatischen Getrieben. Herkömmliche
automatische Getriebe mit hydrodynamischem Drehmomentwandler haben
jedoch in der Regel einen schlechten Wirkungsgrad. Stufengetriebe
in an sich herkömmlicher
Vorgelegebauweise mit zugeordneter Anfahr- und Trennkupplung sind ebenfalls in
automatisierter Bauweise erhältlich.
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Als
Stellvorrichtung kommen dabei bislang in der Regel hydraulische
Vorrichtungen zum Einsatz. Die notwendigen Hydraulickreisläufe machen
solche automatisierten Handschaltgetriebe (ASGs) jedoch vergleichsweise
teuer.
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Schaltwalzen
als Teil von Stellvorrichtungen für solche ASGs haben den Vorteil,
daß sie
auf vergleichsweise einfache Weise elektromotorisch angetrieben
werden können.
Der Aufwand für
den Stellantrieb sinkt dadurch erheblich.
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Aus
der eingangs genannten
US 4,409,858 ist
ein Getriebe für
Traktoren und Gabelstapler bekannt, das eine identische Anzahl von
Vorwärts-
und Rückwärtsgängen aufweist.
Das Getriebe ist als Vorgelegegetriebe mit einer Hauptgruppe mit
vier Gangstufen, einer Hilfsgruppe mit zwei Gangstufen und einer
Reversiergruppe mit zwei Gangstufen versehen. Insgesamt stellt das
Getriebe 16 Vorwärts-
und 16 Rückwärtsgänge bereit.
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Jede
der drei genannten Gruppen wird durch eine eigene Schaltwalze gestellt.
Eine der Schaltwalzen weist eine Umfangsspur auf, in die zwei Führungselemente
greifen. Eine weitere Schaltwalze weist eine Umfangsspur auf, in
die ein Führungselement
greift. Schließlich
weist eine Schaltwalze für
die Hilfsgruppe zwei Umfangsspuren auf, in die jeweils ein Führungselement
greift.
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Ferner
ist aus der
DE 44 41
967 A1 eine Schaltvorrichtung für ein mehrgängiges Wechselgetriebe bekannt
geworden. Bei dieser Schaltvorrichtung wird angestrebt, den hohen
konstruktiven Aufwand und den großen Bauraum zu vermeiden, die bei
dem Getriebe der
US 4,409,858 gegeben
sind. Hierzu wird vorgeschlagen, als Schaltmittel einen Schaltring
vorzusehen und die Schaltbahn (Spur) an einer Stirnseite des Schaltrings
anzuordnen. Ferner sind Koppelelemente zur Kopplung mit den Schaltkupplungen
teilweise als Hebelelemente ausgebildet, deren einer Hebelarm mit
der Schaltbahn verbunden ist und deren anderer Hebelarm mit der
Schaltkupplung zusammenwirkt. Je nach Stellung des Schaltringes
wird genau ein Hebelelement verschwenkt. Eine gewisse Überschneidung
der Bewegungen der Hebelelemente eines alten und eines neuen Ganges
ist dabei möglich.
Auch soll das Verschwenken mehrerer Hebelelemente gleichzeitig möglich sein,
wenn das Ge triebe als Gruppengetriebe ausgebildet ist, das das gleichzeitige
Betätigen
mehrerer Schaltkupplungen notwendig macht. Die Schaltungen erfolgen
bei der gezeigten Ausführungsform
rein sequentiell.
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Aufgrund
des höheren
Komfortanspruches der Führer
von Vierradfahrzeugen sind in diesem Anwendungsgebiet rein sequentiell
schaltende Getriebe schwer durchsetzbar. Hinzukommt, daß die Führer von
handgeschalteten Vierradfahrzeugen gewohnt sind, von jedem Gang
sofort in den Leerlauf schalten zu können und gegebenenfalls Gänge überspringen zu
können.
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Um
dennoch von der Schaltwalzen-Technologie nicht abweichen zu müssen, ist
es aus der
DE 195
16 651 A1 bekannt geworden, das Führungselement auch in Radialrichtung
beweglich zu lagern. Hierdurch ist es möglich, das Führungselement
aus seiner Umfangsnut herauszuheben und die Zwangsabfolge der sequentiellen
Schaltung aufzuheben, so daß Gänge übersprungen
werden können.
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Eine
solche radiale Beweglichkeit ist jedoch konstruktiv nur außerordentlich
aufwendig zu erzielen.
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Aus
der
DE 195 43 645
A1 ist eine weitere Stellvorrichtung mit einer Schaltwalze
bekannt. Die Schaltnuten sind abschnittsweise verbreitert und die Schaltwalze
ist insgesamt in axialer Richtung verschieblich gelagert. Durch
Axialverschiebungen während
Schaltvorgängen
ist es möglich,
die Schaltelemente, die nicht zur Betätigung vorgesehen sind, in Neutralstellung
zu belassen. Der konstruktive Aufwand ist ebenfalls erheblich. Aufgrund
des nicht unerheblichen Gewichtes der Schaltwalze ist dieses System
ferner insgesamt träge.
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Aus
der
DE 197 13 749
A1 ist eine weitere Schaltvorrichtung für ein sequentiell betätigtes Getriebe
bekannt. Die Schaltvorrichtung umfaßt eine Schaltschablone in
Form einer Scheibe, in die rückseits,
also in axialer Richtung, eine Steuernut eingearbeitet ist. Die
Steuernut ist generell kreisförmig
und weist einen Nockenabschnitt auf. In der Steuernut sind Steuerstifte
geführt,
die über
Umlenkhebel auf Schaltsteine einwirken. Das Drehen der Steuerscheibe
erfolgt über
ein Schaltgestänge,
einen Betätigungshebel
und ein Schrittschaltwerk.
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Der
konstruktive Aufbau dieser Schaltvorrichtung ist ebenfalls relativ
komplex und benötigt
viel Bauraum.
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Aus
der
DE 196 45 791
A1 ist ferner bekannt, eine Schaltwalze aus Einzelteilen
zusammenzusetzen, die jeweils spanlos durch ein Umformverfahren hergestellt
sind.
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Vor
diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
eine Stellvorrichtung für automatisierbares
Stufengetriebe für
ein Kraftfahrzeug anzugeben, die bei möglichst geringem konstruktivem
Aufwand die rein sequentielle Schaltbarkeit bei Schaltwalzengetrieben überwindet
und ein Überspringen
von Gängen
ermöglicht,
bzw. ein Stufengetriebe für
ein Kraftfahrzeug mit solch einer Stellvorrichtung anzugeben.
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Diese
Aufgabe wird bei der eingangs genannten Stellvorrichtung dadurch
gelöst,
daß die Stellvorrichtung
genau zwei Schaltwalzen mit jeweils genau einer Umfangsspur zur
Führung
von jeweils zwei Führungselementen
aufweist, und dadurch, daß die
eine Schaltwalze wenigstens zwei aufeinanderfolgenden ungeraden
oder geraden Gängen
und die zweite Schaltwalze dem dazwischenliegenden geraden bzw.
ungeraden Gang zugeordnet ist.
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In
Abkehr von den üblichen
bekannten Stellvorrichtungen mit Schaltwalzen, bei denen jedem Stellglied,
also beispielsweise jeder Schaltmuffe, eine eigene Umfangsspur zugeordnet
ist, ist die erfindungsgemäße Stellvorrichtung
mit zwei Schaltwalzen ausgestattet. Diese weisen jeweils eine Umfangsspur
auf, in der zwei Führungselemente
geführt sind,
so daß diese
eine Umfangsspur zwei Stellgliedern, also beispielsweise zwei separaten
Schaltmuffen zugeordnet ist.
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Auf
diese Weise wird insbesondere in axialer Richtung Bauraum eingespart.
Die erfindungsgemäße Stellvorrichtung
baut daher außerordentlich
kompakt.
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Schaltwalzen
mit nur einer einzigen Umfangsspur lassen sich kostengünstig herstellen
und insbesondere günstig
mit mehreren weiteren Schaltwalzen kombinieren.
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Durch
den Gedanken, zwei Schaltwalzen vorzusehen, werden die gravierensten
Nachteile eines herkömmlichen
Stufengetriebes mit Schaltwalzenbetätigung überwunden. Durch die geeignete
Anordnung der Gänge
ist es möglich,
auch ohne Entkopplung der axialen Führung zumindest einige Gangwechsel
unter Überspringen
von einem oder mehreren Gängen
in kürzestmöglicher
Zeit durchzuführen.
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Es
ist möglich,
in etwa der gleichen Zeit entweder eine normale einfache Schaltung
von einem geraden zu einem ungeraden Gang oder eine Doppelhoch-
oder Doppelrückschaltung
durchzuführen.
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Ferner
ist es durch die erfindungsgemäße Maßnahme vergleichsweise
einfach, einen Gangwechsel mit überschneidender
Betäti gung
von zwei Schaltkupplungen durchzuführen, also die Schaltkupplung
des einzulegenden Ganges bereits zu betätigen, wenn die Schaltkupplung
des auszulegenden Ganges noch nicht vollständig geöffnet ist. Auf diese Weise
kann ein Zugkrafteinbruch während
eines Schaltvorganges minimiert werden.
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Die
Aufgabe wird auf diese Weise vollkommen gelöst.
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Vorzugsweise
ist die Umfangsspur ein Umfangsnut.
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Zwar
ist es auch denkbar, als Umfangsspur eine in radialer Richtung vorstehende
Schiene bereitzusehen, Umfangsnuten sind jedoch in aller Regel günstiger
herstellbar.
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Ferner
ist es bevorzugt, wenn die Stellglieder Schaltmuffen von jeweiligen
Schaltkupplungen des Stufengetriebes sind.
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Für den Einsatzzweck,
die Schaltmuffen von Schaltkupplungen in einem Stufengetriebe zu
betätigen,
ist die erfindungsgemäße Stellvorrichtung
besonders günstig
ausgelegt.
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Besonders
bevorzugt ist es, wenn die Schaltwalze zwei getrennt voneinander
hergestellte, drehfest miteinander verbundene Teile aufweist, die
jeweils eine von zwei etwa radial ausgerichteten Seitenflächen der
Umfangsspur bilden.
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Bei
dieser Maßnahme
ist es nämlich
nicht notwendig, bei der generell zylindrischen Walzenform in radialer
Richtung eine spanende oder spanlose Umformung vorzunehmen. Vielmehr
ergibt sich die Umfangsspur dadurch, daß die zwei vorab hergestellten
Teile miteinander verbunden werden.
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Dabei
ist es besonders bevorzugt, wenn die zwei Teile durch spanloses
Umformen von Blechteilen hergestellt sind.
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Da
im Gegensatz zu der Schaltwalze der
DE 196 45 791 A1 , die weiter oben erwähnt wurde,
es nicht notwendig ist, Radialnuten in einen Zylindermantel zu formen,
läßt sich
die Schaltwalze insgesamt sehr viel kostengünstiger herstellen.
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Alternativ
ist es ebenfalls bevorzugt, wenn die zwei Teile durch Sintern hergestellt
sind. Dabei ist es von besonderem Vorteil, wenn die zwei Teile durch einen
weiteren Sinterschritt miteinander verbunden sind, in Anwendung
des an sich bekannten "Doppelsinterns".
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Ferner
ist es bevorzugt, wenn die Stellvorrichtung eine Entkoppelungseinrichtung
aufweist, mittels der bei Drehungen der Schaltwalze einzelne Schaltzacken übersprungen
werden können,
derart, daß ein
bei einer Drehbewegung der Schaltwalze über die Drehposition der Schaltzacke
hinweggeführtes
Führungselement
nicht axial versetzt wird.
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Durch
eine solche Entkopplungseinrichtung wird die starre axiale Kopplung
zwischen der Umfangsspur und dem Führungselement gelöst, so daß ein Überspringen
von Gängen
möglich
ist oder ein Einlegen des Leerlaufes aus einem höheren Gang, ohne die Zwischengänge einlegen
zu müssen.
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Besonders
bevorzugt ist es zu diesem Zweck, wenn wenigstens eine der Seitenflächen der Umfangsspur
gegenüber
der anderen Seitenfläche
in axialer Richtung zumindest abschnittsweise verschieblich ausgebildet
ist.
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Der
Gedanke, wenigstens einen Abschnitt einer Seitenfläche der
Umfangsspur in axialer Richtung beweglich auszugestalten, ermöglicht,
daß die starre
axiale Kopplung zwischen Führungselement und
Umfangsspur in diesem Abschnitt aufgehoben werden kann. Daher ist
es möglich,
einzelne Schaltzacken zu überspringen.
Da nicht die ganze Schaltwalze sondern nur ein Teil der Schaltwalze
axial verschieblich ausgebildet ist, sind die beweglichen Massen
sehr viel geringer und die Stellvorrichtung kann insgesamt sehr
viel agiler zwischen axialer Kopplung und Entkopplung umzuschalten.
Ferner ist eine radiale Beweglichkeit des Führungselementes nicht notwendig.
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Dabei
ist es besonders bevorzugt, wenn die aus zwei Teilen hergestellte
Schaltwalze mit nur einer Umfangsspur so ausgebildet ist, daß die zwei
Teile in axialer Richtung gegeneinander verschieblich ausgebildet
sind, wozu es hinreichend ist, wenn eines der Teile axial verschieblich,
das andere hingegen axial unverschieblich ausgebildet ist.
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Gemäß einer
alternativen Ausführungsform weist
die eine Seitenfläche
der Umfangsspur im Bereich einer Schaltzacke einen als Weiche ausgebildeten,
axial verschieblichen Seitenflächenabschnitt
auf.
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Bei
dieser Ausführungsform
ist nur ein vergleichsweise kleines Element, nämlich ein als Weiche ausgebildeter
Seitenflächenabschnitt
axial verschieblich gegenüber
dem Körper
der Schaltwalze ausgebildet. Daher ist die in axialer Richtung zu
bewegende Masse besonders klein.
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Ferner
ist es bevorzugt, wenn die Entkopplungseinrichtung eine Freigabeeinrichtung
aufweist, die ein Überspringen
einzelner Schaltzacken nur in bestimmten Betriebszuständen freigibt.
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Hierdurch
wird eine sichere und koordinierte Betätigung des Stufengetriebes
gewährleistet.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
weist die Umfangsspur in Umfangsrichtung eine Mehrzahl von diskreten
Drehpositionen auf, die gleichmäßig voneinander
beabstandet sind, so daß sich
zwischen zwei Drehpositionen jeweils ein konstanter Teilungsabstand
ergibt.
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Diese
Maßnahme
vereinfacht den konstruktiven Aufbau der Stellvorrichtung in besonderem
Maße.
Denn in diesem Fall ist es möglich,
daß die
zwei in der Umfangsspur geführten
Führungselemente
in Umfangsrichtung einen festen Abstand voneinander besitzen.
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Besonders
bevorzugt ist es dabei, wenn die zwei Führungselemente in Umfangsrichtung
um zwei Teilungsabstände
voneinander beabstandet sind.
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Auf
diese Weise kann eine Schaltzacke genau zwischen den zwei Führungselementen
liegen, so daß,
je nach Drehrichtung der Schaltwalze, das eine oder das andere Führungselement
in die Schaltzacke hineingeführt
wird, um einen Stellvorgang in axialer Richtung einzuleiten.
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Zum
Zwecke der überschneidenden
Betätigung
von zwei Schaltkupplungen ist es besonders bevorzugt, wenn die zwei
Schaltwalzen unabhängig voneinander
drehbar sind.
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Dann
nämlich
ist es möglich,
auf die Schaltwalzen in aktiv regelnder Form Einfluß zu nehmen, um
einen Gangwechsel in überschneidender
Weise durchzuführen.
Die Regelung kann dabei adaptiv und auch selbstnachstellend sein,
so daß Verschleiß an den
Umfangsspuren der Schaltwalze ausgeglichen werden kann.
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Ferner
ist es besonders bevorzugt, wenn die eine Schaltwalze den ungeraden
Gängen
und die weitere Schaltwalze den geraden Gängen zugeordnet ist (oder umgekehrt,
je nach Bezeichnungsweise).
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Bei
dieser Ausführungsform
ist es möglich, sämtliche
einfachen Gangwechsel (z.B. von eins nach zwei oder von drei nach
vier) unter zeitlicher Überschneidung,
also bei geringst möglichen
Schaltnebenzeiten durchzuführen;
ferner können
sämtliche Doppel-Hochschaltungen
und Doppel-Rückschaltungen
in kürzest
möglicher
Zeit durchgeführt
werden.
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Schließlich ist
es bevorzugt, wenn die zwei Schaltwalzen koaxial zueinander angeordnet
sind.
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Bei
dieser Ausführungsform
ist von Vorteil, daß sich
die Entkopplungseinrichtung sowie die zugeordnete Freigabeeinrichtung
besonders einfach realisieren lassen, insbesondere also für die Freigabe
der Entkopplungseinrichtung die Drehstellung der anderen Schaltwalze
berücksichtigt
werden kann. Auch ist es dabei vorzugsweise möglich, daß die Schaltwalzen gegeneinanderlaufen und
Axialkräfte über die
jeweilige andere Schaltwalze in ein Gehäuse einleiten.
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Denkbar
ist jedoch auch eine Anordnung, bei der die zwei Schaltwalzen auf
voneinander getrennten Achsen angeordnet sind.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der
nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
schematische perspektivische Ansicht einer Stellvorrichtung, die
keine Ausführungsform
der Erfindung darstellt;
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2 und 3 Abwicklungen
von Umfangsspuren, zur Darstellung, wie zwei an sich herkömmliche
Umfangsspuren in eine Umfangsspur kombinierbar sind, in der zwei
Führungselemente
geführt
sind, gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung;
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4a eine
den 2 und 3 entsprechende Darstellung
von zwei koaxial angeordneten Schaltwalzen mit je einer einzelnen
Umfangsspur, bei eingelegtem vierten Gang;
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4b eine
tabellarische Darstellung, wie in zwei Schritten beliebige Gangwechsel
vom vierten in den zweiten, den dritten, den fünften oder den sechsten Gang
erfolgen können;
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5 eine
schematische Teilschnittansicht von zwei koaxial angeordneten Schaltwalzen
mit je einer Umfangsspur, die jeweils aus zwei Teilen hergestellt
sind, die im Blechumformverfahren geformt worden sind;
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6 eine
der Ansicht der 5 entsprechende Ansicht, wobei
jeweils ein vorgefertigtes Teil der zwei Schaltwalzen axial verschieblich
ausgebildet ist; und
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7a bis 7e jeweils
zwei Abwicklungen von zwei Schaltwalzen, bei einem Gangwechsel vom
vierten Gang (7a) in den ersten Gang (7e),
wobei eine Entkopplungseinrichtung in einer alternativen Ausgestaltung
gezeigt ist.
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In 1 ist
eine Stellvorrichtung insgesamt mit 10 bezeichnet.
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Die
Stellvorrichtung 10 umfaßt eine etwa zylindrische Schaltwalze 12,
die aus zwei vorgesinterten Einzelteilen 12-1 und 12-2 hergestellt
worden ist. Die Herstellung erfolgte in einem Fertigsinterschritt, in
dem die vorgesinterten Teile 12-1 und 12-2 zusammengesintert
wurden.
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Die
Schaltwalze 12 wird von einem Elektromotor 14 angetrieben,
wobei die Ansteuerung des Motors 14 so erfolgt, daß jeweils
einzelne diskrete Drehpositionen erreicht werden, die in 1 bei
a, b, c bzw. d schematisch gezeigt sind.
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Durch
die zwei Einzelteile 12-1 und 12-2 ist eine Umfangsnut 16 gebildet,
die normalerweise nicht vollständig
um den Walzenumfang herum verläuft.
Die Umfangsnut 16 erstreckt sich generell entlang einer
Nutlinie 18, die in einer Ebene liegt, die senkrecht zur
Drehachse ausgerichtet ist. Die Nutlinie 18 konnte jedoch
auch in einer schräg
hierzu liegenden Ebene angeordnet sein. In Abweichung von der Nutlinie 18 vollzieht
die Umfangsnut 16 zwei Kurven, so daß eine in axialer Richtung
nach einer Seite ausgerichtete Schaltzacke 20 und eine
zu der anderen Seite ausgerichtete weitere Schaltzacke 22 ausgebildet
sind. Die Form bzw. der Verlauf der Schaltzacken 20, 22 ist
in der vorliegenden Anmeldung nur schematisch dargestellt, kann
sich aber je nach Anforderung bspw. an der einen Flanke steiler
und der anderen Flanke flacher erstrecken.
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In
der Umfangsnut 16 sind zwei Führungselemente 24, 26 geführt, die
in die Umfangsnut 16 greifen und jeweils axial verschieblich
gelagert sind. In 1 befindet sich die Schaltwalze 12 in
einer Drehposition, daß das
eine Führungselement 24 in der
Drehposition c, das andere Führungselement 26 in
der benachbarten Drehposition b angeordnet ist.
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Die
Führungselemente 24, 26 sind
mit zwei Schaltmuffen 28 bzw. 30 gekoppelt.
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Die
Schaltmuffen 28, 30 sind in an sich herkömmlicher
Weise Bestandteil eines Stufengetriebes in Vorgelegebauweise, das
in 1 nicht näher
dargestellt ist. Die Schaltmuffen dienen in einem solchen Stufengetriebe
dazu, ein Losrad mit einer Welle zu verbinden, beispielsweise mittels
einer Synchroneinheit oder einer Klauenkupplung. Dies gehört zum allgemeinen
Fachwissen und wird daher vorliegend nicht näher erläutert.
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Die
Schaltmuffe 28 dient zum Einlegen des ersten und des dritten
Ganges des Stufengetriebes, die Schaltmuffe 30 zum Einlegen
des zweiten und des vierten Ganges.
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In
der Darstellung der 1 befindet sich das Führungselement 26 in
der Schaltzacke 20, ist also gegenüber der Nutlinie 18 nach
links ausgelenkt. Das Führungselement 24 befindet
sich zwischen den zwei Schaltzacken 20, 22, die
Schaltmuffe 28 be findet sich somit in der Mittelstellung.
Folglich ist in der Darstellung der 1 der zweite
Gang eingelegt. Ein Weiterdrehen in Uhrzeigerichtung führt zum
Einlegen des dritten Ganges. Ein Drehen der Schaltwalze 12 gegen
Uhrzeigerrichtung führt
zum Einlegen des ersten Ganges.
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In
den 2 und 3 ist eine schematische Abwicklung
einer Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Stellvorrichtung
gezeigt, die insgesamt mit 10' bezeichnet ist. In den 2 und 3 ist
schematisch angedeutet, daß die
Stellvorrichtung 10' zwei
unabhängig
voneinander drehbare Schaltwalzen 40 bzw. 42 aufweist,
die in Richtungen 41 bzw. 43 drehbar ausgebildet
sind. Die 2 und 3 zeigen
dabei Abwicklungen der zwei Schaltwalzen 40, 42.
Es ist zu erkennen, daß die
Schaltwalze 40 eine einzelne Umfangsspur 44 aufweist,
die Schaltwalze 42 eine einzelne Umfangsspur 46.
In die Umfangsspur 44 der Schaltwalze 40 greifen
zwei schematisch gezeigte Führungselemente 48, 50 ein. Das
Führungselement 48 ist
mit einer Schaltmuffe koppelbar, die zum Einlegen des ersten bzw.
des fünften
Ganges dient. Das Führungselement 50 dient entsprechend
zum Einlegen des dritten oder des Rückwärtsganges.
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Entsprechend
greifen in die Umfangsspur 46 zwei Führungselemente 52, 54 ein.
Das Führungselement 52 dient
zum Einlegen des zweiten bzw. des sechsten Ganges, das Führungselement 54 zum
Einlegen des vierten Ganges.
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Die
Umfangsnuten 44, 46 sind entlang von Nutlinien 45 bzw. 47 angeordnet.
In Abweichung hiervon weist die Umfangsnut 44 eine nach
rechts ausgerichtete Schaltzacke 56 für den ersten bzw. den Rückwärtsgang
und eine nach links ausgerichtete Schaltzacke 57 für den dritten
bzw. den fünften
Gang auf. Entsprechend weist die Umfangsnut 46 eine nach
links ausgerichtete Schaltzacke 58 für den zweiten Gang und eine
nach rechts ausgerichtete Schaltzacke 59 für den vierten
bzw. sechsten Gang auf.
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Die
Umfangsnut 44 ist in einzelne Drehpositionen A bis I unterteilt.
Die Umfangsnut 46 ist in einzelne Drehpositionen B bis
H unterteilt. Die Führungselemente 48, 50 befinden
sich feststehend in den Drehpositionen H bzw. F. Die Führungselemente 52, 54 befinden
sich feststehend in den Drehpositionen G bzw. E.
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In
der Darstellung der 2 und 3 befindet
sich das der Stellvorrichtung 10' zugeordnete Stufengetriebe im
Leerlauf. Die Schaltzacke 56 befindet sich dabei in der
Drehposition G (folglich die Schaltzacke 57 in der Position
C), und die Schaltzacke 58 befindet sich in der Position
H (und folglich die Schaltzacke 59 in der Position D).
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Obgleich
die Schaltwalzen 40, 42 gleichmäßig in die
Drehpositionen A bis I unterteilt sind, könnten die Schaltwalzen auch
unterschiedliche Teilungen aufweisen. Auch müssen die Teilungen einer einzelnen
Umfangsnut nicht notwendigerweise über den Umfang konstant sein.
Da die Führungselemente 48, 50 bzw. 52, 54 jedoch
drehfest angeordnet sind, ist vorliegend eine konstante Teilung
vorgesehen.
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In
den 2 und 3 ist ferner gezeigt, wie die
Umfangsnuten 44, 46 zustande kommen.
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Jeweils
oberhalb der zwei Umfangsnuten 44, 46 sind zwei
Schaltwalzen 40a bzw. 42a gezeigt. Die Schaltwalze 40a weist
zwei ne beneinander liegende Umfangsnuten 44-1 und 44-2 auf.
Die Umfangsnut 44-1 weist zwei Schaltzacken für den ersten
und den fünften
Gang auf. Entsprechend ist in der Umfangsnut 44-1 nur ein
einziges Führungselement 48a für den ersten
bzw. fünften
Gang geführt.
Ferner weist die daneben liegende Umfangsnut 44-2 zwei
Schaltzacken für
den dritten und den Rückwärtsgang
auf.
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Die
Umfangsnuten 44-1 und 44-2 sind unter einem leichten
Versatz in Umfangsrichtung um zwei Teilungen ineinander gelegt,
so daß sich
insgesamt die Umfangsnut 44 der 2 ergibt.
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Entsprechend
ist in 3 eine weitere Schaltwalze 42a mit zwei
Umfangsnuten 46-1 und 46-2 gezeigt, die für den vierten
bzw. den zweiten und sechsten Gang vorgesehen sind. Auch die Umfangsnuten 46-1 und 46-2 sind
bei der Umfangsnut 46 beide vorhanden, wobei wiederum ein
Drehversatz um zwei Teilungen vollzogen wurde.
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In 4a sind
die Schaltwalzen 40 bzw. 42 nochmals gezeigt.
Die Darstellung der 4a unterscheidet sich von der
Darstellung der 2 und 3 insofern,
als in 4a das Führungselement 48 für den ersten
bzw. für
den fünften
Gang in der Drehposition D angeordnet ist und das Führungselement 50 für den dritten
bzw. den Rückwärtsgang
in der Drehposition B. Das Führungselement 52 für den zweiten
bzw. sechsten Gang ist in der Drehposition F angeordnet, das Führungselement 54 für den vierten Gang
in der Drehposition D. Die Umfangsnuten 44 bzw. 46 sind
jedoch identisch wie in den 2 und 3.
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In
der Darstellung der 4a ist der vierte Gang eingelegt.
Denn die Schaltwalze 42 ist so verdreht, daß sich die Schaltzacke 59 in
der Drehposition D befindet. Das Führungselement 54 ist
folglich ausgelenkt und die hiermit verbundene, nicht dargestellte
Schaltmuffe hat die Schaltkupplung für den vierten Gang betätigt.
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Entsprechend
ist die Schaltwalze 40 so verdreht, daß sich die Schaltzacke 57 für den dritten bzw.
fünften
Gang in der Drehposition C befindet, also zwischen den Führungselementen 58, 50.
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In 4b ist
gezeigt, wie innerhalb von 2 Schritten ausgehend vom vierten
Gang der fünfte Gang,
der dritte Gang, aber auch der sechste und der zweite Gang erreicht
werden können.
Unter einem Schritt wird dabei verstanden, daß die Schaltwalze 40 und/oder
die Schaltwalze 42 um eine Drehposition verdreht wird.
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Beispielsweise
folgt ein Schalten vom vierten in den sechsten Gang, in dem ausgehend
von der Darstellung der 4a zunächst die
Schaltwalze 42 aus der durch einen Marker angezeigten Position
E in die Position F bewegt wird, wobei der vierte Gang ausgelegt
wird. Denn in dieser Position befindet sich die Schaltzacke 59 zwischen
den Führungselementen 52, 54.
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Im
zweiten Schritt wird die Schaltwalze 42 aus der Position
F in die Position G verdreht, wobei das Führungselement 52 durch
die Schaltzacke 59 axial versetzt wird, um den sechsten
Gang einzulegen.
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Die
anderen dargestellten Gangwechsel erfolgen in entsprechender Weise.
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In 5 ist
in schematischer Teilschnittansicht eine konkrete Ausführungsform
der in den 2 bis 4 schematisch
gezeigten Stellvorrichtung 10' gezeigt.
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Die
Stellvorrichtung 10' umfaßt die beiden, koaxial
nebeneinander angeordneten Schaltwalzen 40', 42', mit den entsprechenden Umfangsnuten 44', 46'.
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Die
Schaltwalzen 40', 42' sind an einer
hohlen Achse 60 drehbar gelagert, und zwar mittels eines
Gleitlagers 62 bzw. eines Gleitlagers 64.
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Die
Gleitlager 62, 64 sind so ausgebildet, daß sie nicht
nur eine Radiallagerung an der Achse 60, sondern auch eine
Axiallagerung gegenüber
einem Gehäuse 66 erzielen.
Zwischen den Schaltwalzen 40', 42' ist ein weiteres
Axialgleitlager 68 angeordnet, so daß Axialkräfte von den Schaltwalzen 40', 42' jeweils entweder über ein
Gleitlager 62 oder 64 direkt in das Gehäuse 66 oder über das
Axiallager 68, die andere Schaltwalze und das entsprechende Axiallager 62 oder 64 in
das Gehäuse 66 geleitet
werden.
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Die
Schaltwalze 40' ist
aus zwei vorgefertigten Teilen 70, 72 hergestellt,
die jeweils in einem Blechumformverfahren hergestellt worden sind.
Die Ausgestaltung der vorgefertigten Teile 70, 72 ist
dergestalt, daß bei
ihrem Zusammenfügen
die Umfangsnut 44' entsteht,
wobei die Trennfuge zwischen den beiden Teilen 70, 72 im
Boden 78 der Umfangsnut 44' liegt. Die beiden Teile 70, 72 sind
beispielsweise miteinander verschweißt, verstemmt oder verschraubt und
bilden etwa radial ausgerichtete Seitenflächen 74 bzw. 76 der
Umfangsnut 44'.
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Entsprechend
weist die Schaltwalze 42' zwei vorgefertigte
Teile 80, 82 auf, die drehfest miteinander verbunden
sind.
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Die
jeweils voneinander abgewandten Teile 70 bzw. 82 sind
mit jeweils einer Antriebsverzahnung 84 bzw. 86 ausgestattet, über die
die Schaltwalzen 40' bzw. 42' unabhängig voneinander
angetrieben werden können.
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In
der 6 ist eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Stellvorrichtung 10'' gezeigt. Die Stellvorrichtung 10'' entspricht in ihrem grundlegenden
Aufbau der Stellvorrichtung 10', die in 5 gezeigt
ist. Gleiche Elemente sind in 6 jedoch
mit zwei Apostrophzeichen dargestellt.
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Im
Unterschied zu der Stellvorrichtung 10' sind die beiden Teile 70'', 72'' bzw. 80'', 82'',
aus denen die Schaltwalzen 40'' bzw. 42'' gebildet sind, nicht fest miteinander
verbunden, sondern axial verschieblich zueinander. Die Teile 70'', 72'' sind
von einer Mehrzahl von Mitnahmestiften 90 durchsetzt, von denen
in 6 nur einer gezeigt ist. Durch die Mitnahmestifte 90 sind
die Teile 70'', 72'' drehfest miteinander verbunden,
jedoch axial verschieblich zueinander. Entsprechend sind die Teile 80'', 82'' von
einer Mehrzahl von Mitnahmestiften 92 durchsetzt. Ferner sind
die bei der Ausführungsform
der 5 über
das Axialgleitlager 68 getrennten Flankenabschnitte bei der
vorliegenden Ausführungsform
als Kontaktstege 94 bzw. 96 ausgebildet. Die Kontaktstege 94, 96 verlaufen
generell parallel zueinander entlang von zwei Kontaktlinien 98, 100.
An einigen Stellen sind die Kontaktstege 94, 96 jedoch
mit Ausbuchtungen 102 bzw. 104 versehen. Wenn
diese Ausbuchtungen 102, 104 nicht miteinander
ausgerichtet sind, wie in der Darstellung der 6 oben,
sind die Teile 72'' bzw. 80'' in axialer Richtung nicht beweglich.
Wenn die Ausbuchtungen 102, 104 zueinander ausgerichtet sind,
ist es möglich,
die starre axiale Kopplung zwischen einem Führungselement und der jeweiligen Axialnut 44'' bzw. 46'' aufzuheben.
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Mit
anderen Worten kann durch eine derartige Ausgestaltung der Schaltwalzen 40'', 42'' erreicht werden,
daß bei
einem Schaltvorgang, bei dem Gänge übersprungen
werden sollen, die Führungselemente
bei den dazwischen liegenden, nicht einzulegenden Gängen nicht
axial versetzt werden. Durch die axiale Verschieblichkeit, die durch
die Ausbuchtungen 102, 104 gegeben ist, kann ein
in die jeweilige Umfangsnut 44'' bzw. 46'' eingreifendes Führungselement
quasi "an den Schaltzacken
der dazwischen liegenden, nicht einzulegenden Gänge vorbeigeführt werden". Die somit realisierte
Entkopplungseinrichtung ist in 6 generell
mit 88 bezeichnet.
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In 7 ist eine weitere alternative Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Stellvorrichtung 10''' gezeigt,
bei der ebenfalls eine Entkopplungseinrichtung vorgesehen ist, die
hier insgesamt mit 88''' bezeichnet ist.
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Die
Stellvorrichtung 10''' weist wiederum zwei Schaltwalzen 40''', 42''' auf,
die mit entsprechenden Umfangsnuten 44''' bzw. 46''' versehen sind.
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Im
Unterschied zu der Ausführungsform
der 4a ist eine rechte Seitenfläche der Umfangsnut 44''' im
Bereich der Schaltzacke 57''' in axialer Richtung beweglich
ausgebildet. Hierzu ist ein in axialer Richtung bewegliches Weichenelement 106 vorgesehen,
das die zur Umfangsnut 44''' weisende Radialfläche, in
der Darstellung der 7a die rechte Seitenfläche 76''',
im Bereich der Schaltzacke 57''' ergänzt.
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Die
axiale Beweglichkeit des Weichenelementes 106 wird begrenzt
durch ein sich zwischen den Schaltwalzen 40''', 42''' erstreckendes
Anschlagelement 107, das drehfest angeordnet ist. An dem der
Schaltwalze 42''' zugewandten Ende weist der Anschlag 107 eine
Rolle 108 auf, die an einem Kontaktsteg 109 der
Schaltwalze 42''' abrollt.
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Der
Kontaktsteg 109 ist im Bereich oberhalb der Schaltzacke 59''' mit
einer Ausnehmung 110 versehen, auf die nachstehend noch
eingegangen wird.
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Im übrigen entspricht
die Stellvorrichtung 10''' der in 4a gezeigten
Stellvorrichtung 10',
so daß für die Beschreibung
der 7 ergänzend auf 4a Bezug
genommen wird.
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In 7a ist,
wie auch in der Darstellung der 4a, der
vierte Gang eingelegt. Dabei befindet sich der Anschlag 107,
dessen Rolle 108 auf der Drehposition C angeordnet ist,
also auf der gleichen Position wie das Weichenelement 106,
gegenüber der
Ausnehmung 110 des Kontaktsteges 109.
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In
den 7b bis 7e wird
ein Gangwechsel in den ersten Gang gezeigt. Beim Übergang zu
der Darstellung der 7b wird zunächst die Umfangsnut 44''' im
Bereich des Weichenelementes 106 freigegeben, indem es
in axialer Richtung von der Schaltzacke 57''' zurückfährt, was
dadurch möglich ist,
daß die
Rolle 108 in die Ausnehmung 110 hineinfährt. Dabei
wird, wie es in 7b gezeigt ist, die Schaltwalze 40''' von
der Position H in die Position G bewegt. Das Führungselement 50''' wird
hierbei zwangsweise in der Mittellage festgehalten und bewegt das
Weichenelement 106. Denn die Gänge, die in Neutralstellung
liegen, werden durch den eingelegten Gang in dieser Neutralstellung
arretiert. In 7b befindet sich das Führungselement 50''' auf
der Drehposition B der Schaltzacke 57''', in der es
den axialen Versatz des Weichenelementes 106 vollständig vollzogen
hat.
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Beim Übergang
zur Darstellung der 7c wird die Schaltwalze 40''' in
die Drehposition F bewegt. Das Weichenelement 106 befindet
sich immer noch in der axial verschobenene Stellung. In der Darstellung
der 7d ist zu erkennen, daß nunmehr die zweite Schaltwalze 42''' von
der Position E in die Position D verschoben wird. Dabei wird das
Führungselement 54''' in
der Umfangsnut 46''' nach links bewegt, der vierte
Gang wird also ausgelegt. Gleichzeitig rollt die Rolle 108 an
dem Kontaktsteg 109 ab und schiebt über den Anschlag 107 das
Weichenelement 106 wieder in dessen Ausgangsposition, die
bereits in 7a gezeigt wurde.
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Im
nächsten
Schritt wird die Schaltwalze 40''' von der Position
F in die Drehposition E bewegt, dabei wird das Führungselement 48''' nach
rechts bewegt, so daß der
erste Gang eingelegt wird.
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Durch
nur vier Drehschritte wird somit, wie es in 7 insgesamt
gezeigt ist, ein Gangwechsel vom vierten in den ersten Gang erreicht,
ohne daß zwischenzeitlich
der dritte oder der zweite Gang oder sonst ein anderer Gang eingelegt
wird. Der Gangwechsel kann somit außerordentlich schnell erfolgen.
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Insbesondere
sind keine Synchronisierungsvorgänge
außer
dem zum Synchronisieren des ersten Ganges erforderlich.