DE19536715C2 - Schrittschalteinrichtung für ein Schaltgetriebe, insbesondere für Fahrzeuggetriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schrittschalteinrichtung für ein Schaltgetriebe, insbesondere für Fahrzeuggetriebe, nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Es sind Schalteinrichtungen bekannt, so die DE 36 14 716 C1, die DE-AS 21 63 761 und die DE-AS 12 09 015, bei denen mehrere auf einer gemeinsamen Hohlwelle drehbar gelagerte Zahnräder jeweils paarweise ständig im Eingriff mit auf einer weiteren Welle befestigten Zahnrädern stehen, wobei zur schrittweisen Schaltung der Gangstufen in Durchbrüchen der Hohlwelle geführte, radial von innen nach außen bewegliche Schaltelemente in formschlüssigem Eingriff mit konjugierenden Ausnehmungen in den drehbar gelagerten Zahnrädern bewegbar sind und die Schaltelemente durch das axiale Verstellen einer Schaltwelle mit in Längsrichtung angeordneten radialen Erweiterungen bzw. Einschnürungen in gleichzeitig formschlüssigem Eingriff mit Ausnehmungen in der Hohlwelle und der Zahnräder geführt werden.

Bei derartigen Konstruktionen wird die Kopplung der Losräder mit der Losradwelle über Schaltelemente vorgenommen, die als Kugeln oder, wie in der DE 36 14 716 C1, auch als die Hohlwelle diametral durchsetzende Stifte ausgebildet sein können. Die resultierende Breite der Zahnradsätze wird durch die Breite der Losräder bestimmt, die wiederum durch konstruktive Zwänge, wie z. B. gleichgroße Schaltwege in allen Gangstufen bestimmt wird, wodurch eine Anpassung der Zahnradbreiten an die unterschiedlichen Belastungen in den Gangstufen nur über Vergrößerung der axialen Baulänge des Zahnradsatzes erreichbar ist, weshalb ein wesentlicher Vorteil eines Ziehkeilgetriebes, nämlich die kurze axiale Bauweise durch die gedrängte Anordnung des Zahnradsatzes, dadurch nicht zum Tragen kommen kann. Des weiteren wird bei derartigen Konstruktionen die Baulänge nicht nur durch die Länge des Zahnradsatzes an sich bestimmt, sondern zusätzlich durch die Länge des aus der Hohlwelle herausragenden Betätigungselementes für den Ziehkeil, welches bei steigender Gangzahl erhebliche Längen annehmen kann. Diese Tatsache kann dazu führen, daß dieses Betätigungselement für den Ziehkeil mit anderen Getriebeteilen, zum Beispiel mit dem Kupplungszahnrad, in Kollision kommt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lösung für eine Schrittschalteinrichtung zu finden, die die gleiche Kompaktheit des Zahnradsatzes wie ein Ziehkeilgetriebe aufweist, bei der aber die Baubreite nur von der Anzahl und Breite der Zahnräder, also der Gangzahl abhängig ist und bei der die Flächenpressungen an den Schaltelementen wegen der feien Wahl der Zahnradbreiten gering gehalten werden, so daß auch größere Leistungen über das Getriebe gewandelt werden können.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 dadurch gelöst, daß in einer hohlen Losradwelle eine verdrehbare Schaltwelle mit am Umfang angeordneten Nocken - ein "Drehkeil" - Schaltelemente, die hier nicht als Kugeln ausgebildet sein müssen, sondern z. B. Walzen oder andere prismatische Körper sein können, durch Relativdrehung gegenüber der Hohlwelle wie bei der Ziehkeilschaltung durch Öffnungen in der Hohlwelle nach außen in die Taschen von Losrädern, z. B. Zahnräder, drückt und so die formschlüssige Verbindung zwischen Hohlwelle und Losrad hergestellt wird. Ist ein Gang eingelegt, wird der Drehkeil durch eine Arretierung in der Hohlwelle mit dieser mitgedreht. In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird das schrittweise Verdrehen des Drehkeils gegenüber der Hohlwelle durch eine Schrägnutmechanik, bestehend aus Drehkeil mit innenliegendem Kulissenzapfen als Außenteil und einer Schaltwalze mit am Umfang befindlicher Kulissenführung als Innenteil ermöglicht. Im Moment des Schaltens durch axiale Verstellung der Schaltwalze stützt sich die Schaltwalze durch Einrasten eines Rasterscheibenpaares, von dem die eine Scheibe über einen Schaltdorn, der zum Beispiel als Vierkantbolzen ausgebildet und mit der Schaltwalze drehfest verbunden und axial durch eine Druckfeder belastet ist und ihre Gegenscheibe, die durch Einpressen in die Hohlwelle fest mit dieser verbunden ist, drehrichtungsgebunden an der Hohlwelle ab, so daß sich durch weitere Axialbewegung der Schaltwalze der Drehkeil zwangsläufig in seiner Kulissenführung bewegt. Dadurch wird die Relativbewegung des Drehkeils gegenüber der Losradwelle bewirkt, wodurch die Schaltelemente des einen Ganges aus den Taschen der Zahnräder herausrutschen können und die von den Nocken am Drehkeil radial nach außen gedrückten Schaltelemente des nächsten Ganges die Kupplung des Rades mit der Hohlwelle bewirken. Für die beiden Schaltrichtungen, hoch und runter, existieren zwei Paare von Rasterscheiben mit unterschiedlicher Richtungsarretierung, wodurch ein Paar die Arretierung der Schaltwalze in die eine Richtung, das andere Paar die Arretierung in die andere Richtung übernimmt. Die Rasterscheibenpaare müssen so viele Raststellungen wie die Gangzahl plus mindestens eine Leerlaufstellung aufweisen. Die Drehrichtung des Drehkeils wird durch die Form der Schrägnut in der Schaltwalze bestimmt. Ist ein Schaltvorgang abgeschlossen, geht der Schaltdorn, der fest mit der Schaltwalze verbunden ist, wieder in eine mittlere Ausgangsstellung zurück, da der Drehkeil in seiner neuen Position durch Arretierungseinrichtungen, bestehend aus federbelasteten Kugeln, festgehalten wird und sich nun die Schaltwalze über ihre Kulissenführung mit dem Drehkeil zwangsläufig entlang dieser Kulissenführung entgegen der Rasterung des im Eingriff befindlichen Rasterscheibenpaares zurückdreht. Es wird dadurch erreicht, daß für den Schaltdorn in axialer Richtung nicht mehr Platz benötigt wird, als das für einmal hoch- und einmal runterschalten erforderlich ist. Weil auf Grund der ungünstigen Punktbelastungen an den Stellen der Kraftübertragung zwischen Losradwelle und Kugel bzw. Stift, Ziehkeil und Kugel sowie Losradinnenprofil und Kugel bzw. Stift die übertragbaren Leistungen bei derart geschalteten Getrieben stark begrenzt sind, kann durch die Möglichkeit der Verwendung von Walzen oder anderen prismatischen Körpern als Schaltelemente die Hertzsche Pressung an den Stellen der Kraftübertragung bei gleichen Grundabmessungen gegenüber der Verwendung von Kugeln oder Stiften in diametraler Anordnung wesentlich verringert werden.

Die Vorteile dieser analog zur bekannten Ziehkeilschaltung als Drehkeilschaltung zu bezeichnenden Schalteinrichtung liegen in der Baubreitenverringerung, bedingt durch die Einsparung des Schaltweges des Schaltdornes, in der freien Wahl der Zahnradbreiten und damit Anpassung dieser an die Lastverhältnisse, bedingt durch die Möglichkeit der freien Längenänderung der Schaltelemente, zum Beispiel Walzen, und damit Veränderung der Presslänge an den Schaltelementen sowie in der freien Wahl der Gangreihenfolge, bedingt dadurch, daß die Stelle der Austrittslöcher für die Schaltelemente für jeden Gang am Umfang der Hohlwelle frei gewählt werden können.

Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Die Fig. 1 zeigt die Seitenansicht der Losradwelle mit Drehkeil, einem Losrad und den dazugehörigen Schaltelementen in der Situation eines eingelegten Ganges, wobei die Festradwelle und die Festräder nicht dargestellt sind.

Die Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt durch die Losradwelle mit der Schrittschalteinrichtung und dem Losradsatz in der Situation eines eingelegten Ganges.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In Fig. 1 wird ein Schnitt der Schrittschalteinrichtung dargestellt, in welcher die Losradwelle 3 erkennbar ist, durch deren Öffnungen am Umfang die Schaltelemente 8 mit Hilfe der Nocken am Drehkeil 5 in die Taschen des Losrades 4 gedrückt werden. Das Schalten wird durch Relativverdrehung von Drehkeil 5 gegenüber der Losradwelle 3 bewirkt.

In Fig. 2 wird gezeigt, wie das schrittweise Drehen des Drehkeils 5 durch eine Schrägnutmechanik zwischen Drehkeil 5 mit innenliegenden Kulissenzapfen 5.1 als Außenteil und Schaltwalze 7 mit am Umfang befindlicher Kulissenführung 7.1 als Innenteil ermöglicht wird. Im Moment des Schaltens stützt sich die Schaltwalze 7 durch Einrasten eines Rasterscheibenpaares, bestehend aus einer Rasterscheibe 9 und einer Rasterscheibe 10, von dem die Rasterscheibe 9 auf dem Schaltdorn 6, der beispielsweise als Vierkantbolzen ausgebildet ist, mit der Schaltwalze 7 drehfest verbunden, aber axial beweglich und durch eine Andruckfeder 11 belastet ist und ihre Gegenscheibe die Rasterscheibe 10, die durch Einpressen in die Losradwelle 3 fest mit dieser verbunden ist, drehrichtungsgebunden an der Losradwelle 3 ab, so daß sich durch weitere Axialbewegung der Schaltwalze 7 der Drehkeil 5 zwangsläufig in seiner Kulissenführung 7.1 bewegt. Dadurch wird die Relativdrehung des Drehkeils 5 gegenüber der Losradwelle 3 bewirkt, wodurch die Schaltelemente 8 des einen Ganges aus den Taschen des Losrades 4 herausrutschen können und die Schaltelemente 8 des nächsten Ganges die Kupplung des Losrades 4 mit der Losradwelle 3 bewirken. Für beide Schaltrichtungen existiert je ein Paar von Rasterscheiben 9 und 10 mit unterschiedlicher Richtungsarretierung, wodurch ein Paar die Arretierung der Schaltwalze 7 mit der Losradwelle 3 in die eine Richtung, das andere Paar die Arretierung in die andere Richtung übernimmt. Die Drehrichtung des Drehkeils 5 wird durch die Form der Kulissenführung 7.1 in der Schaltwalze 7 bestimmt. Ist ein Schaltvorgang abgeschlossen, geht der Schaltdorn 6 zusammen mit der mit ihm fest verbundenen Schaltwalze 7, durch die Kulissenführung 7.1 und Kulissenzapfen 5.1 geführt und durch die dem gerade eingerasteten Rasterscheibenpaar 9 und 10 zugehörige Andruckfeder 11 getrieben, wieder in die in Fig. 2 gezeigte mittlere Ausgangsstellung zurück. Dadurch wird erreicht, daß für den Schaltdorn 6 nicht mehr Baubreite benötigt wird, als das für einmal hoch- und einmal runterschalten erforderlich ist. In Fig. 2 sind die beiden möglichen Endlagen des Schaltdornes 6 durch einen Doppelpfeil gekennzeichnet, wobei der Schaltdorn 6 selbst in seiner Mittellage gezeigt ist.

Der Drehkeil 5 wird in den einzelnen Gangstellungen durch eine Arretierungseinrichtung 12, bestehend aus federbelasteten Kugeln, die in für sie in die Losradwelle 3 eingebrachte Ausnehmungen eingreifen, in seiner Lage fixiert.

Bezugszeichenliste

3

Losradwelle

4

Losräder

5

Drehkeil (Schaltwelle)

5.1

Kulissenzapfen

6

Schaltdorn

7

Schaltwalze

7.1

Kulissenführung

8

Schaltelement, als Walze ausgeführt

9

Rasterscheiben, mit Schaltwalze und Schaltdorn drehfest verbunden

10

Rasterscheiben, mit Losradwelle drehfest verbunden

11

Andruckfeder

12

Arretiereinrichtung

Claims (3)

1. Schrittschalteinrichtung für ein Schaltgetriebe, insbesondere für Fahrzeuggetriebe, bei dem mehrere auf einer gemeinsamen als Hohlwelle ausgeführten Losradwelle drehbar gelagerte Zahnräder, die Losräder (4), jeweils paarweise ständig im Eingriff mit auf einer weiteren Welle, der Festradwelle, befestigten Zahnrädern, den Festrädern, stehen, wobei zur Schaltung der Gangstufen mittels einer in der Losradwelle (3) verstellbaren Schaltwelle mit radial abstehenden Nocken in Durchbrüchen der Losradwelle (3) geführte, radial von innen nach außen bewegliche Schaltelemente (8) in formschlüssigen Eingriff mit konjugierenden Ausnehmungen in den drehbar gelagerten Losrädern (4) bewegbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltwelle als in der Losradwelle (3) verdrehbar gelagerter Drehkeil (5) mit am Umfang angeordneten Nocken ausgebildet ist, wobei der Durchmesser des Drehkeiles (5) und der Überstand seiner Nocken so bemessen sind, daß je nach relativer Drehstellung des Drehkeiles (5) zur Losradwelle (3), die in den Durchbrüchen der Losradwelle (3) geführten Schaltelemente (8) durch die Nocken zwangsläufig radial nach außen gedrückt werden oder die Schaltelemente (8) radial nach innen zur Schaltwelle außer Eingriff mit den drehbar gelagerten Losrädern (4) bewegbar sind, eine Drehkeilschaltung bildend.

2. Schrittschalteinrichtung für ein Schaltgetriebe, mit Drehkeilschaltung, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Drehkeil (5) mit innenliegendem Kulissenzapfen (5.1) als Außenteil eine Schaltwalze (7) mit am Umfang befindlicher Kulissenführung (7.1) angeordnet ist, die so gestaltet ist, daß durch axiale Relativbewegung zwischen der Kulissenführung (7.1) und dem Kulissenzapfen (5.1) eine Verdrehung des Drehkeiles (5) gegenüber der Schaltwalze (7) bewirkbar ist, mit einem mit der Schaltwalze (7) festverbundenem Schaltdorn (6), auf dem beidseitig der Schaltwalze (7) Rasterscheiben drehfest, aber axial beweglich und durch Andruckfedern (11) belastet, befestigt sind, wobei sich der Schaltdorn (6) bei axialer Verschiebung aus seiner Mittelstellung mit der jeweiligen Rasterscheibe (9) über fest mit der Losradwelle (3) verbundene weitere Rasterscheiben (10) als Gegenscheiben drehrichtungsgebunden an der Losradwelle (3) abstützt und mit einer Arretierungseinrichtung (12), bestehend aus federbelasteten, bei Verdrehung des Drehkeiles (5) gegenüber der Schaltwalze (7) in jeder Gangstufe in konjugierende Ausnehmungen einrastenden Kugeln, die Position des Drehkeils (5) festhaltend.

3. Schrittschalteinrichtung für ein Schaltgetriebe, mit Drehkeilschaltung, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beweglichen Schaltelemente (8) als Walzen oder andere prismatische Körper ausgebildet sind.