DE10023107A1 - Automatisierbares Getriebe für Kraftfahrzeuge - Google Patents
Automatisierbares Getriebe für KraftfahrzeugeInfo
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Abstract
Es wird ein automatisierbares Getriebe (10) für Kraftfahrzeuge vorgeschlagen, mit einer Mehrzahl von Gängen, denen Schaltkupplungen (18) zum Ein- und Auslegen derselben zugeordnet sind, wobei wenigstens eine Schaltkupplung (18) zum Ein- und Auslegen wenigstens eines Ganges mittels eines Aktuators (26; 70; 110) betätigbar ist, wobei der Aktuator (26; 70; 110) eine Schaltwalze (30) mit wenigstens einer Umfangsspur (38) aufweist, durch deren Verlauf die Schaltkupplung (18) bei Drehbewegungen der Schaltwalze (30) betätigt wird, und wobei der Aktuator (26; 70; 110) einen fluidmechanischen Drehantrieb (42) für die Schaltwalze (30) aufweist. Dabei weist der Drehantrieb (42) eine lineare Kolben-/Zylinderanordnung (42) auf, deren Hubachse (31) parallel zu der Drehachse (31) der Schaltwalze (30) ausgerichtet ist (Fig. 1).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein automatisierbares Ge
triebe für Kraftfahrzeuge, mit einer Mehrzahl von Gängen, denen
Schaltkupplungen zum Ein- und Auslegen derselben zugeordnet
sind, wobei wenigstens eine Schaltkupplung zum Ein- und Aus
legen wenigstens eines Ganges mittels eines Aktuators betätig
bar ist, wobei der Aktuator eine Schaltwalze mit wenigstens ei
ner Umfangsspur aufweist, durch deren Verlauf die Schaltkupp
lung bei Drehbewegungen der Schaltwalze betätigt wird, und wo
bei der Aktuator einen fluidmechanischen Drehantrieb für die
Schaltwalze aufweist.
Ein solches automatisierbares Getriebe ist aus der US-A-
5,411,448 bekannt.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein automatisierbares
Getriebe für Kraftfahrzeuge, mit einer Mehrzahl von Gängen, de
nen wenigstens zwei Schaltkupplungen zum Ein- und Auslegen der
selben zugeordnet sind, die getrennt anwählbar sind, wobei die
Schaltkupplungen mittels einer Aktuatoreinrichtung betätigbar
sind, wobei die Aktuatoreinrichtung mittels einer ersten Bewe
gung eine der Schaltkupplungen wählt und mittels einer zweiten
Bewegung die jeweils gewählte Schaltkupplung betätigt, wobei
die Richtungen der ersten und der zweiten Bewegung etwa senk
recht zueinander verlaufen, wobei die Aktuatoreinrichtung eine
erste lineare Kolben-/Zylinderanordnung zum Ausführungen von
ersten Bewegungen und eine zweite lineare Kolben-/Zylinder
anordnung zum Ausführungen von zweiten Bewegungen aufweist, wo
bei ein Translations-Rotationswandler vorgesehen ist, derart,
daß ein Linearversatz des Kolbens der ersten Kolben-/Zylinder
anordnung in eine Drehbewegung des Kolbens der zweiten
Kolben-/Zylinderanordnung umgesetzt wird.
Ein derartiges automatisierbares Getriebe ist aus der DE 196 15 267 C1
bekannt.
Bei automatisierbaren Getrieben für Kraftfahrzeuge, insbe
sondere für Personenkraftwagen, gibt es einen Trend hin zu ei
ner Automatisierung von Handschaltgetrieben, die eine form
schlüssige Kraftübertragung bereitstellen. Der Grund liegt in
dem besseren Wirkungsgrad gegenüber herkömmlichen Automatik
getrieben mit hydrodynamischem Wandler, und in geringeren Kosten.
Vom Komfort her werden annähernd die Maßstäbe erreicht,
die ein herkömmliches Automatikgetriebe bietet.
Aus der DE 196 15 267 C1 ist eine Schaltanordnung für ein auto
matisierbares Handschaltgetriebe bekannt. Zur Anwahl einer be
stimmten Schaltkupplung wird eine einfach wirkende
Kolben-/Zylinderanordnung verwendet. Für Schaltvorgänge mittels
der angewählten Schaltkupplung ist eine doppelt wirkende Kol
ben-/Zylinderanordnung vorgesehen. Diese bekannte Schaltanord
nung eignet sich insbesondere zur Realisierung von Add-on-
Lösungen, also zur Automatisierung von existierenden Hand
schaltgetrieben. Die einfach wirkende Kolben-/Zylinderanordnung
und die doppelt wirkende Kolben-/Zylinderanordnung sind zuein
ander senkrecht angeordnet.
Ein weiteres automatisiertes Handschaltgetriebe ist bekannt aus
der DE 196 12 690 C1. Dieses Getriebe wurde von vorne herein
für eine Automatisierung entwickelt. Es umfaßt eine Schalt
walze, die eine Mehrzahl von Umfangsspuren aufweist. Jede Um
fangsspule ist über einen Gleitstein mit einer Schaltmuffe ge
koppelt, und dient zur Betätigung einer oder zweier Schaltkupp
lungen.
Die Schaltwalze wird von einem Elektromotor angetrieben, der
parallel zu der Schaltwalze angeordnet ist. Der Antrieb erfolgt
über ein Untersetzungsgetriebe.
Die eingangs genannte Druckschrift US-A-5,411,448 betrifft ein
Getriebe für Motorräder. Zum Betätigen der Schaltkupplungen zum
Ein- und Auslegen von Gängen ist eine Schaltwalze vorgesehen.
Die Schaltwalze ist zum einen nach der Art eines Kurbeltriebs
über einen Hebelarm betätigbar. Am Ende des Hebelarms ist ein
Zahnradsektor vorgesehen. Der Zahnradsektor kämmt mit einem
Losrad. Das Losrad kämmt ferner mit einem Antriebszahnrad. Das
Antriebszahnrad ist mit einem pneumatischen Drehantrieb ge
koppelt. Der pneumatische Drehantrieb ist als Kammer mit einem
Drehkolben ausgebildet. Der Drehkolben ist unmittelbar mit dem
Antriebszahnrad verbunden. Durch geeignete Einleitung von
Druckluft wird der Drehkolben in der Kammer gedreht. Über das
Antriebszahnrad und das Losrad wird der Zahnradsektor des He
bels gedreht. Durch die Hebelbewegung wird die Schaltwalze
nach der Art einer Kurbel angetrieben. Folglich läßt sich das
Motorradgetriebe schalten, ohne daß der Fahrer das Fußpedal be
nutzen muß.
Das der Erfindung zugrundeliegende Problem besteht darin, ein
verbessertes automatisiertes Getriebe für Kraftfahrzeuge, ins
besondere für Personenkraftwagen anzugeben.
Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung bei
dem eingangs als erstes genannten automatisierbaren Getriebe
für Kraftfahrzeuge dadurch gelöst, daß der Drehantrieb eine li
neare Kolben-/Zylinderanordnung aufweist, deren Hubachse paral
lel zu der Drehachse der Schaltwalze ausgerichtet ist.
Durch den fluidmechanischen Drehantrieb wird generell ein höhe
rer Wirkungsgrad erzielt als bei einem elektromotorischen
Drehantrieb. Eine lineare Kolben-/Zylinderanordnung ist leich
ter abzudichten und kostengünstiger zu fertigen als eine Dreh
kolbenanordnung, und weist zudem einen besseren Wirkungsgrad
auf. Eine koaxiale Anordnung von Hubachse und Drehachse ist be
sonders bevorzugt.
Vorzugsweise ist der Drehantrieb ein hydraulischer Schwenk
antrieb.
Ein Schwenkantrieb, also ein Drehantrieb mit einem begrenzten
Drehwinkel, läßt sich konstruktiv besonders günstig mit einer
linearen Kolben-/Zylinderanordnung kombinieren.
Besonders bevorzugt ist es, wenn der Drehantrieb in die Schalt
walze integriert ist.
Auf diese Weise wird Bauraum eingespart. Ferner können sämt
liche Drehelemente um eine Achse drehbar ausgebildet werden.
Besonders bevorzugt ist es, wenn die Kolben-/Zylinderanordnung
eine Koppelvorrichtung aufweist, die Hubbewegungen der
Kolben-/Zylinderanordnung in Drehbewegungen der Schaltwalze um
setzt.
Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn die Koppelvorrichtung
eine wendelförmige Profilierung mit einem Steigungswinkel im
Bereich von 10° bis 80°, insbesondere von 30° bis 50° aufweist.
Bei solchen Steigungswinkeln wird eine Selbsthemmung generell
vermieden. Ferner lassen sich bei vergleichsweise geringen Hü
ben relativ große Drehwinkel erzielen. Der Steigungswinkel be
stimmt die Übersetzung der hydraulischen Kraft in das Dreh
moment des Antriebs. Bei zu großen Steigungen wird der Hub des
Ringkolbens zu groß, was sich nachteilig auf Bauraum und Dyna
mik auswirkt. Bei niedrigeren Steigungen sinkt der Wirkungsgrad
und die Regelbarkeit wird erschwert.
Ferner ist es bevorzugt, wenn die Koppelvorrichtung die Ver
drehbarkeit der Schaltwalze begrenzt.
Der durch die Begrenzung erzielbare maximale Schwenkwinkel wird
durch den axialen Bauraum (Hub des Ringkolbens), den wirksamen
Durchmesser der wendelförmigen Profilierung und den Steigungs
winkel bestimmt. Mit einem kleinen Wendeldurchmesser wird ein
kurzer Hub erzielt, wobei der Durchmesser wiederum durch die
hydraulischen Eckdaten (Kolbenfläche) bestimmt wird.
Die Schwenkwinkel sind generell nicht auf bestimmte Werte be
schränkt, können bei einem typischen Anwendungsfall jedoch im
Bereich von 230° bis 250° liegen. Denkbar ist es auch, daß der
Schwenkwinkel nicht durch die Koppelvorrichtung, sondern allein
durch den maximalen Hub der Kolben-/Zylinderanordnung gebildet
wird.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die
Kolben-/Zylinderanordnung einen Ringkolben auf.
Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn der Ringkolben an einer
drehfesten Kolbenstange axial beweglich gelagert ist.
Ein Ringkolben läßt sich auf ideale Weise als Grundelement ei
nes Rotations-Translationswandlers einsetzen. Durch das Be
reitstellen einer drehfesten Kolbenstange, die vorzugsweise
koaxial zu der Schaltwalze ausgerichtet ist, läßt sich eine
hoch beanspruchbare und trotzdem kompakte Konstruktion des Ak
tuators erzielen.
Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn die Kolbenstange einen
Hohlkanal zur Fluidleitung aufweist.
Dies ist insbesondere dann von Nutzen, wenn die
Kolben-/Zylinderanordnung doppelwirkend ist. Der Hohlkanal
dient dann vorzugsweise zur Versorgung eines Druckraumes, der
entfernt vom Einspeiseende liegt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Ring
kolben an der Kolbenstange mittels einer ersten Koppel
einrichtung begrenzt verdrehbar gelagert.
Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn die erste Koppel
einrichtung so ausgebildet ist, daß ein axialer Hub des Ring
kolbens an der Kolbenstange eine Drehbewegung des Ringkolbens
in bezug auf die Kolbenstange induziert, und umgekehrt.
Auf diese Weise wirkt der Ringkolben gemeinsam mit der ersten
Koppeleinrichtung als Translations-Rotations-Wandler.
Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn die erste Koppeleinrich
tung eine wendelförmige Profilierung mit einem Steigungswinkel
im Bereich von 10° bis 80°, insbesondere von 30° bis 50° auf
weist.
Die Vorteile eines solchen Steigungswinkels sind bereits oben
angegeben.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Ring
kolben mittels einer zweiten Koppeleinrichtung drehfest mit der
Schaltwalze gekoppelt.
Auf diese Weise wird die Schaltwalze bei Drehbewegungen des
Ringkolbens mitgenommen.
Von Vorteil ist es ferner, wenn die Koppeleinrichtung(en) je
weils einen Koppelstift aufweisen, der in eine entsprechende
Koppelnut greift.
Auf diese Weise können die Koppeleinrichtungen bei geringem
konstruktivem Aufwand robust und radial kurz bauend ausgebildet
werden.
Besonders bevorzugt ist es, wenn die Kolben-/Zylinderanordnung
einen Zylinder mit einer Öffnung und einen Kolben aufweist, der
durch die Öffnung mit der Schaltwalze gekoppelt ist.
Der Zylinder sorgt für eine hohe Belastbarkeit der
Kolben-/Zylinderanordnung. Die Kopplung erfolgt durch die Öff
nung in den Zylinder.
Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn der Zylinder starr mit
einer Kolbenstange verbunden ist, an der der Kolben gelagert
ist.
Auf diese Weise ergibt sich ein insgesamt besonders starrer
Aufbau der Kolben-/Zylinderanordnung.
Besonders bevorzugt ist es, wenn der Zylinder zweiteilig ausge
bildet ist.
Auf diese Weise läßt sich die Kolben-/Zylinderanordnung leicht
montieren.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform bildet die Schaltwalze
den Zylinder der Kolben-/Zylinderanordnung.
Dies führt zu einer Einsparung von Bauteilen und auch von abzu
dichtenden Stellen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Ring
kolben zweiteilig ausgebildet.
Durch die zweiteilige Form läßt sich der Ringkolben bei ge
ringem Herstellungsaufwand sowohl mit einer Innen- als auch ei
ner Außennut versehen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die
Kolben-/Zylinderanordnung nach der Art einer Patrone vor
montiert in die Schaltwalze eingebaut.
Auf diese Weise läßt sich das Getriebe insgesamt kostengünstig
herstellen.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird gemäß einem zweiten Aspekt
der Erfindung bei dem eingangs als zweites genannten automati
sierbaren Getriebe für Kraftfahrzeuge dadurch gelöst, daß die
erste lineare Kolben-/Zylinderanordnung parallel zu der zweiten
linearen Kolben-/Zylinderanordnung angeordnet ist und daß der
Translations-Rotationswandler wenigstens eine schraubenförmige
Profilierung aufweist.
Hierdurch läßt sich eine besonders kompakte Bauform der Aktua
toreinrichtung und des automatisierbaren Getriebes insgesamt
erzielen. Auch ist es möglich, die Teileanzahl ggf. zu reduzie
ren. Das Getriebe kann ein herkömmliches manuelles Getriebe mit
H-Schaltschema sein, dessen Aktuatorik als "Add-on"-Lösung rea
lisiert ist.
Gemäß einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel des zwei
ten Aspektes der Erfindung weist der Kolben der ersten
Kolben-/Zylinderanordnung eine Außennut und eine Innennut auf,
von denen eine als Schraubennut ausgebildet ist.
Auf diese Weise läßt sich der Translations-Rotationswandler mit
wenigen Teilen realisieren.
Ferner ist es besonders bevorzugt, wenn die schraubenförmige
Profilierung einen Absatz aufweist, um an dieser Stelle einen
stabilen Wählwinkel zu ermöglichen.
Ein solcher stabiler Wählwinkel entspricht einer Position eines
Handschalthebels in der normalerweise durch elastische Mittel
eingerichteten Grundstellung. In der Grundstellung ist ein
Wählwinkel eingerichtet, der der Gasse für den dritten/vierten
Gang bei einem gewöhnlichen H-Getriebe entspricht.
Ferner ist es bevorzugt, wenn die zweite Kolben-/Zylinder
anordnung konzentrisch innerhalb der ersten Kolben-/Zylinder
anordnung angeordnet ist.
Die Anordnung ist besonders kompakt, es läßt sich ggf. eine Pa
tronenbauweise realisieren.
Ferner ist es bevorzugt, wenn der Translations-Rotationswandler
einen Koppelring aufweist, dessen axiale Position festgelegt
ist und der in jeweilige Nuten der Kolben der Kolben-/Zylinder
anordnungen greift.
Auch diese Maßnahme dient einer Verringerung der Teilezahl.
Es versteht sich, daß die Wirkungsweise der ersten und der
zweiten Kolben-/Zylinderanordnung auch vertauscht werden kann,
daß also durch Schwenkbewegungen geschaltet und durch Linear
versatz gewählt werden kann. Ferner ist bei dem zweiten Aspekt
der Erfindung ein elektromotorischer Wählwinkelantrieb möglich,
so daß sich eine hybride Lösung ergibt.
Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nach
stehend 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 3
dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer ersten Aus
führungsform eines Getriebes gemäß dem ersten Aspekt
der Erfindung;
Fig. 2 eine Abwicklung des Innenumfangs eines Ringkolbens
einer in Fig. 1 gezeigten Kolben-/Zylinderanordnung;
Fig. 3 eine Abwicklung des Außenumfanges des Ringkolbens;
Fig. 4 eine Schnittansicht einer alternativen Ausführungs
form eines Aktuators für das in Fig. 1 gezeigte Ge
triebe;
Fig. 5 eine weitere alternative Ausführungsform eines Ak
tuators für das in Fig. 1 gezeigte Getriebe;
Fig. 6 einen alternativen Ringkolben;
Fig. 7 eine alternative Ausführungsform einer Lagerung ei
ner Schaltwalze und eines zugeordneten Aktuators;
Fig. 8 eine alternative Ausführungsform einer Abdichtung
zwischen Kolben und Zylinder einer Kolben-/Zylinder
anordnung;
Fig. 9 eine schematische Schnittansicht einer Ausführungs
form eines Aktuators für ein Getriebe gemäß dem
zweiten Aspekt der Erfindung;
Fig. 10 eine schematische perspektivische Darstellung eines
Wählkolbens der Ausführungsform der Fig. 9;
Fig. 11a und 11b Abwicklungen des Außen- bzw. des Innenumfangs des
Wählkolbens der Fig. 10;
Fig. 12 eine schematische perspektivische Ansicht eines
Schaltkolbens der Ausführungsform der Fig. 9;
Fig. 13 eine Abwicklung des Außenumfangs des Schaltkolbens
der Fig. 12; und
Fig. 14 eine Draufsicht auf einen Koppelring des Aktuators
der Fig. 9.
Eine erste Ausführungsform eines Getriebes gemäß dem ersten
Aspekt der Erfindung ist in Fig. 1 generell mit 10 bezeichnet.
Das Getriebe 10 ist Teil eines Antriebsstranges eines Personen
kraftwagens und ist über eine oder mehrere Anfahr- und Trenn
kupplung(en) 12 mit einem Motor 14 verbindbar. Die Anfahr- und
Trennkupplung(en) 12 ist gewöhnlich als Trockenreibkupplung
oder Naßkupplung, gegebenenfalls als Doppelkupplung, ausge
bildet. Der Motor 14 ist üblicherweise ein Verbrennungsmotor.
Zumindest das Getriebe 10 und die Anfahr- und Trennkupplung 12
werden von einer gemeinsamen Steuervorrichtung 16 angesteuert.
Die Steuervorrichtung 16 kann Teil einer zentralen Steuerung
des Kraftfahrzeugs sein, mittels der auch die Motorelektronik
gesteuert wird.
In bezug auf die Anfahr- und Trennkupplung 12 löst die Steuer
vorrichtung 16 mittels eines nicht dargestellten Aktuators zu
geeigneten Zeitpunkten Öffnungs- und Schließvorgänge der Kupp
lung aus.
Das Getriebe 10 ist typischerweise ein Stufengetriebe in Vor
gelegebauweise mit einer Mehrzahl von Radsätzen 20 entsprechend
einer Mehrzahl von Gängen, z. B. 4, 5, 6 oder mehr Gänge.
Jeder Radsatz weist ein Losrad 22 auf, von denen eines in Fig.
1 dargestellt ist. Das Losrad ist mit einer Getriebewelle 24
mittels einer vorzugsweise formschlüssig wirkenden Schaltkupp
lung 18 verbindbar, die bspw. als Synchronkupplung, als Klauen
kupplung, Ziehkeilkupplung etc. ausgebildet sein kann.
Die Schaltkupplung 18 wird von einem Aktuator betätigt, der in
Fig. 1 generell mit 26 bezeichnet ist. Der Aktuator 26 wird an
gesteuert von der Steuervorrichtung 16, mittels einer Steuer
leitung 28.
Der Aktuator 26 umfaßt eine Schaltwalze 30, die um eine Achse
31 drehbar gelagert ist. Die Schaltwalze 30 ist innerhalb des
Gehäuses 32 des Getriebes 10 drehbar gelagert, bspw. mittels
eines Lagerblockes 34, der ein Axiallager bildet, und eines La
gerblockes 36, der ein Radiallager für die Schaltwalze 30 bil
det.
Die Schaltwalze 30 weist ferner eine Mehrzahl von Umfangsnuten
38 auf, in die jeweilige Gleitsteine 40 greifen, von denen in
Fig. 1 einer dargestellt ist. Jeder Gleitstein 40 ist mit einer
Schaltmuffe (nicht dargestellt) gekoppelt, mittels der eine
oder zwei Schaltkupplungen 18 betätigbar sind.
Die Umfangsnuten 38 sind so ausgestaltet, daß eine Drehbewegung
der Schaltwalze 30 eine Axialbewegung eines jeweiligen Gleitsteins
40 und damit einen Betätigungsvorgang einer Schaltkupp
lung 18 auslöst.
Die Umfangsnuten 38 bilden folglich Steuerkurven mit Steuer
nocken, die in geeigneter Weise über den Umfang der Schaltwalze
30 verteilt angeordnet sind, wie es an sich im Stand der Tech
nik bekannt ist.
Zum Einleiten von Drehbewegungen der Schaltwalze 30 dient ein
allgemein bei 42 gezeigter Schwenkantrieb auf der Grundlage ei
ner linearen Kolben-/Zylinderanordnung.
Die Schaltwalze 30 ist als Hohlwalze ausgebildet. Die
Kolben-/Zylinderanordnung 42 ist im Inneren der Schaltwalze 30
aufgenommen.
Die Kolben-/Zylinderanordnung 42 weist eine Kolbenstange 44
auf, die drehfest koaxial zu der Schaltwalze 30 angeordnet ist.
Auf der Kolbenstange 44 ist ein Ringkolben 46 axial verschieb
lich gelagert. Der Innenumfang des Ringkolbens 46 umgreift die
Kolbenstange 44. Der Außenumfang des Ringkolbens 46 liegt an
dem Innenumfang der Schaltwalze 30 an. Die Schaltwalze 30 bil
det folglich den Zylinder der Kolben-/Zylinderanordnung 42.
Zu den beiden Seiten des Ringkolbens 46 ist jeweils ein Druck
raum A, B ausgebildet. Die Kolben-/Zylinderanordnung 42 läßt
sich folglich in beide Bewegungsrichtungen gleichermaßen hoch
dynamisch ansteuern.
Die Ansteuerung erfolgt mittels einer Ventileinrichtung 48, die
Steuersignale über die Leitung 28 von der Steuervorrichtung 16
empfängt. Die in Fig. 1 lediglich schematisch gezeigte Ventil
einrichtung 48 versorgt entweder den Druckraum A oder den
Druckraum B mit Hydraulikfluid, das unter Druck stehend mittels
einer Pumpe aus einem Reservoir gefördert wird. In ebenfalls an
sich bekannter Weise wird Hydraulikfluid, das aus einem der
Druckräume A, B verdrängt wird, in das Reservoir zurück
geleitet.
Am Innenumfang (Fig. 2) ist der Ringkolben 46 mit einer Wendel
nut 50 versehen. Am Außenumfang (Fig. 3) ist der Ringkolben 46
mit einer Axialnut 52 versehen.
In die Wendelnut 50 greift ein Koppelstift 54, der drehfest und
axial unverschieblich mit der Kolbenstange 44 verbunden ist. In
die Axialnut 52 greift ein weiterer Koppelstift 56, der dreh
fest und axial unverschieblich mit der Schaltwalze 30 verbunden
ist.
Die Wendelnut 50, die sich über den Innenumfang des Ringkolbens
46 erstreckt, weist einen Steigungswinkel 59 zu einer Ebene
senkrecht zur Achse 31 von bspw. 40° auf. Die Wendelnut 50 er
streckt sich dabei über einen Schwenkwinkel von bspw. 240°.
Die Funktionsweise des Aktuators 26 für die Schaltkupplung 18
ist wie folgt.
In einem beispielhaft angenommenen Ausgangszustand, wie in Fig.
1 gezeigt, ist die Schaltkupplung 18 geöffnet. Zum Schließen
der Schaltkupplung 18 gibt die Steuervorrichtung 16 ein Signal
über die Leitung 28 an die Ventileinrichtung 48 ab. Die Ventil
einrichtung 48 verbindet den Druckraum A mit der Hydraulikfluidversorgung.
Gleichzeitig wird ein Abfluß des Druckraumes B
geöffnet. Folglich wird der Ringkolben 46 in der Darstellung
der Fig. 1 nach rechts bewegt, wie es durch einen bei 60 ange
deuteten Pfeil gezeigt ist. Durch den Eingriff des Koppelstif
tes 54 in die Wendelnut 50 vollzieht der Ringkolben 46 dabei
zwangsweise eine Drehbewegung, wie sie durch einen Pfeil 62 in
den Fig. 1 und 3 angedeutet ist. Aufgrund des Eingriffes des
Koppelstiftes 56 in die Axialnut 52 wird die Schaltwalze 30 bei
diesem Drehvorgang mitgenommen. Durch eine geeignete Ausgestal
tung der Umfangsnut 38 wird der Gleitstein 40 bei der Drehbewe
gung der Schaltwalze 30 nach rechts versetzt, wie es durch ei
nen Pfeil 64 angedeutet ist. Der Gleitstein 40 nimmt dabei eine
Schaltmuffe mit (nicht gezeigt), wodurch die Schaltkupplung 18
geschlossen wird.
Um die Schaltkupplung 18 anschließend wieder zu öffnen, wird
der Druckraum B mit der Versorgung für Hydraulikfluid ver
bunden, und das Hydraulikfluid im Druckraum A wird verdrängt,
bis wieder der Ausgangszustand erreicht ist. Für eine Drehung
der Schaltwalze in die entgegengesetzte Richtung würde aus
gehend von der Position der Fig. 1 zuerst der Druckraum B mit
der Hydraulikfluidversorgung verbunden werden.
Eine weitere Ausführungsform eines Aktuators 70 zur Betätigung
einer Schaltkupplung 18 ist in Fig. 4 gezeigt.
In Fig. 4 sind Elemente, die im wesentlichen die gleiche Struk
tur besitzen wie in Fig. 1 gezeigte Elemente, mit den gleichen
Bezugsziffern versehen. Entsprechende Beschreibungsteile sollen
sich auch auf die in Fig. 4 gezeigten Bauelemente bzw. Funktio
nen beziehen.
Bei dem Aktuator 70 ist der Zylinder der Kolben-/Zylinder
anordnung 42 nicht durch die Schaltwalze 30 selbst gebildet,
sondern durch zwei Zylinderhülsen 72. Die Zylinderhülsen sind
jeweils an einem axialen Ende geschlossen und am anderen axia
len Ende offen. Die Zylinderhülsen 72 sind so in dem Getriebe
montiert, daß die offenen Enden einander gegenüberstehen. Dabei
wird zwischen den zwei Zylinderhülsen 72 eine Öffnung 73 ausge
bildet, durch die der Koppelstift 56 greift.
An den axial gegenüberliegenden Enden der Zylinderhülsen 72 ist
jeweils eine Endkappe 76 vorgesehen, die einen Außenvierkant 78
aufweist, um eine drehfeste Montage der Zylinderhülse 72 in dem
Getriebegehäuse zu erleichtern.
Die Zylinderhülsen 72 sind jeweils über eine Stiftverbindung 74
drehfest und axial unverschieblich mit der Kolbenstange 44 ver
bunden.
Die Schaltwalze 30 ist an den Zylinderhülsen 72 durch jeweilige
Lager 80 drehbar gelagert. Die Kopplung mit dem Ringkolben 46
erfolgt, wie erwähnt, mittels des Koppelstiftes 56 durch die
Öffnung 73.
Auf der einen Seite (rechts in Fig. 4) ist die dortige Zylin
derhülse 72 mittels der zugeordneten Endkappe dicht ver
schlossen.
Auf der anderen Seite ist zwischen der anderen Zylinderhülse 72
und der Endkappe 76 ein Ölführungsring 86 vorgesehen. Der Öl
führungsring bildet zwei Zuführkanäle für die Druckräume A, B.
Der eine Kanal für den Druckraum A ist mit einer Axialnut 82 am
Außenumfang der Kolbenstange 44 verbunden. Der andere Kanal für
den Druckraum B ist mit einem zentralen Hohlraum 84 der Kolben
stange 44 verbunden. Im Bereich des Druckraums B weist die Kol
benstange 44 ferner Queröffnungen 85 auf, die den Druckraum B
mit dem Hohlraum 84 verbinden.
Der Ringkolben 46 ist an seinen gegenüberliegenden axialen En
den jeweils mit einem Dichtteller 90 ausgestattet. An den
Dichttellern 90 sind jeweils eine O-Ringaufnahme 92 für eine
Abdichtung zum Innenumfang der jeweiligen Zylinderhülse 72 und
eine O-Ringaufnahme 94 zur Abdichtung gegen den Außenumfang der
Kolbenstange 44 vorgesehen.
Ferner ist der Ringkolben 46 mittels zweier Gleitlager 96
gleitbar an der Kolbenstange 44 gelagert. Die Gleitlager 96
liegen an axial gegenüberliegenden Enden, benachbart zu den je
weiligen Dichttellern 90.
Die Dichtteller 90 sind radial beweglich über einen nicht näher
dargestellten Schnapphaken an dem jeweiligen Gleitlager 96 und
folglich mit dem Ringkolben 46 verbunden. Somit wird eine Ent
lastung der Dichtungen von Schubkräften in Umfangsrichtung rea
lisiert.
Die Dichtteller 90 sind an ihrem Außenumfang, und zwar an der
dem Ringkolben 46 zugewandten Seite, jeweils mit Abstreifringen
oder -lippen 98 versehen. Die Abstreifringe 98 dienen zum Ab
streifen von Verunreinigungen von der Innenseite der Zylinder
hülsen 72, die über die Öffnung 73 eintreten können.
Der Ringkolben 46 selbst ist zweiteilig ausgebildet und umfaßt
ein Außenteil 100 und ein Innenteil 102. Die zwei Teile 100,
102 werden durch Verpressen zusammengefügt. An dem Außenteil
100 ist die Axialnut 52 vorgesehen. An dem Innenteil 102 ist
die Radialnut 50 ausgebildet. Die Radialnut 50 ist dabei, wie
gezeigt, vorzugsweise als das Innenteil 102 durchdringende Öff
nung ausgebildet. Folglich kann auch die Wendelnut 50 an dem
Innenteil 102 ohne eine Bearbeitung von innen angefertigt wer
den.
Die Axialnut 52 ist hingegen an dem Außenteil 100 als Sacknut
ausgebildet, um das Eindringen von Verunreinigungen über die
Öffnung 73 in den Bereich der Kopplung zwischen Kolbenstange 44
und Ringkolben 46 zu vermeiden. Die Axialnut 52 kann jedoch
auch als durchgehende Nut ausgeführt werden.
Die Funktionsweise des Aktuators 70 entspricht der des Aktua
tors 26.
In Fig. 5 ist eine weitere Ausführungsform eines Aktuators 110
zur Betätigung einer Schaltkupplung 18 gezeigt.
Soweit der Aktuator 110 Elemente aufweist, die Elementen der
Aktuatoren 26, 70 identisch oder ähnlich sind, werden gleiche
Bezugsziffern verwendet. Entsprechende Beschreibungsteile sol
len sich auch auf die in Fig. 5 gezeigten Bauelemente und Funk
tionen beziehen.
Der Aktuator 110 unterscheidet sich von den Aktuatoren 26, 70
der Fig. 1 und 4 zunächst dadurch, daß eine Ventileinrichtung
112 in den Aktuator 110 integriert ist. Die Funktion der Ventileinrichtung
112 entspricht der der Ventileinrichtung 48. Die
Ventileinrichtung 112 ist in der Darstellung der Fig. 5 in die
Kolbenstange 44 integriert. Sie könnte jedoch auch in eine End
kappe 76 oder in einen angrenzenden Abschnitt des Gehäuses 32
integriert sein.
Wie bei der Ausführungsform der Fig. 1 ist die Schaltwalze 30
als Zylinder für die Kolben-/Zylinderanordnung 42 ausgebildet.
Die Schaltwalze 30 ist zu diesem Zweck als Hülse geformt, die
einseitig geschlossen ist.
An ihrem geschlossenen Ende ist die Schaltwalze 30 mittels ei
nes Axiallagers 114 drehbar an der Kolbenstange 44 gelagert.
An ihrem offenen Ende ist die Schaltwalze 30 an einem Flansch
115 der Kolbenstange 44 mittels eines Radiallagers 116 ge
lagert. Zum Druckraum A hin ist zwischen dem Flansch 115 der
Schaltwalze 30 und der Kolbenstange 44 nur eine Ringdichtung
118 vorgesehen.
In Fig. 5 sind ferner zwei Dichtungsringe 120 gezeigt, die eine
Abdichtung zwischen der Kolbenstange 44 und dem Gehäuse 32 er
zielen, jedoch nur dann vorgesehen werden, wenn statt des in
die Kolbenstange 44 integrierten Ventils 112 ein externes Ven
til vorgesehen wird. Dabei dienen die Dichtungen 120 dann zur
wechselseitigen Abdichtung der Ölzufuhrkanäle für die Druckräu
me A, B.
Der Koppelstift 56 ist öldicht mit der Schaltwalze 30 ver
bunden. Zur Vereinfachung der Abdichtung ist an dem Ringkolben
46 nur eine O-Ringaufnahme 92 zur Abdichtung gegen die Innenseite
der Schaltwalze 30 und nur eine O-Ringaufnahme 94 zur Ab
dichtung gegen den Außenumfang der Kolbenstange 44 vorgesehen.
Im Gegensatz zu dem Aktuator 70 der Fig. 4 ist das Innenteil
100 des Ringkolbens 46 an einem Ende mit einem sich bis zur In
nenseite der Schaltwalze 30 erstreckenden Flansch versehen.
Entsprechend ist das Außenteil 100 an dem gegenüberliegenden
Ende mit einem Flansch versehen, der sich bis zur Kolbenstange
44 hin erstreckt und an dem die O-Ringaufnahmen 92, 94 vor
gesehen sind. Die Axialnut 52 ist als Einschnitt von der dem
Flansch des Außenteils 100 gegenüberliegenden Seite aus
gebildet. Genauso ist die Wendelnut 50 als Einschnitt von dem
dem Flansch des Innenteils 102 gegenüberliegenden Ende aus vor
gesehen.
Durch die Integration der bei der Ausführungsform der Fig. 4
separat ausgeführten Zylinderhülsen 72 in die Schaltwalze 30
des Aktuators 110 ergibt sich eine weitere Teile- und Gewichts
minimierung gegenüber dem Aktuator 70. Hierdurch läßt sich ent
weder der Außendurchmesser der Schaltwalze 30 verringern. Al
ternativ hierzu kann bei gleichbleibendem Außendurchmesser der
Schaltwalze 30 der Durchmesser des Ringkolbens 46 vergrößert
werden. Damit ergibt sich eine Erhöhung der Schaltkraft und da
mit der Dynamik des Gesamtsystems.
Ferner wird eine Dichtstelle eingespart, wodurch die innere
Reibung des Systems reduziert und damit der Wirkungsgrad erhöht
wird.
Fig. 6 zeigt eine weitere alternative Ausführungsform, bei der
der Ringkolben 46 mit einem hohlzylindrischen Außenteil 100 und
einem hohlzylindrischen Innenteil 102 versehen ist. Eine Ab
dichtung der Druckkammern A, B gegeneinander erfolgt mittels
einer einzelnen O-Ringaufnahme 92 an einem Ende des Außenteils
100 und durch eine einzelne O-Ringaufnahme 94 am gegenüber
liegenden Ende am Innenteil 102.
In Fig. 7 ist eine weitere alternative Ausführungsform gezeigt,
bei der die axiale Reaktionskraft nicht über das hintere Ge
häuselager des Walzenantriebs in das Gehäuse 32 eingeleitet
wird. Vielmehr ist die Kolbenstange 44 als Zuganker ausgeführt.
Hierzu durchgreift die Kolbenstange 44 das abgeschlossene Ende
der Schaltwalze 30. Die Abdichtung erfolgt mittels einer Dich
tung 123 zwischen diesen zwei Elementen. An der Innenseite des
Endes der Schaltwalze 30 und an der Außenseite sind jeweils ein
Axiallager 122 vorgesehen. Das gegenüber dem äußeren Axiallager
122 vorstehende Ende der Kolbenstange 44 ist als Radiallager
124 ausgebildet.
Auf diese Weise kann die hintere Lagerung im Gehäuse 32 deut
lich einfacher ausgeführt werden. Im Gegensatz zu der Aus
gestaltung des Aktuators 110 der Fig. 5 ist jedoch die zusätz
liche Dichtung 123 erforderlich.
Fig. 8 zeigt schließlich eine schematische Spaltdichtung, wie
sie alternativ zur Abdichtung zwischen dem Ringkolben 46 und
dem Zylinder der Kolben-/Zylinderanordnung verwendbar ist. Eine
solche Spaltdichtung wird auch bei Ventilschiebern verwendet.
Hierbei finden z. B. Dichtungsscheiben 126 aus hartcodiertem
Aluminium oder Kunststoff Verwendung.
Neben den dargestellten Abwandlungen der bevorzugten Ausge
staltungen von Aktuatoren 26, 70, 110 in den Fig. 1, 4 und 5
sind noch folgende Modifikationen möglich.
Zwischen der Zylinderhülse 72 und der Kolbenstange 44 lassen
sich neben der Stiftverbindung 74 auch andere alternative Ver
bindungen realisieren. Beispielsweise kann die Kolbenstange 44
mit einem Schraubenansatz versehen sein, der eine Bohrung der
Zylinderhülse 72 durchsetzt und auf den eine Mutter zur Siche
rung gegen Absatz aufgeschraubt ist.
Generell ist es möglich, die Lage von Wendelnut 50 und Axialnut
52 zu vertauschen, also an dem Außenumfang des Ringkolbens 46
eine Wendelnut und an dem Innenumfang einer Axialnut vorzu
sehen. Hierbei führt der Ringkolben keine Rotation aus. Die
Schwenkbewegung der Schaltwalze wird dann durch den äußeren
Koppelstift und die äußere Wendelnut erzwungen. Der für be
stimmte Schwenkwinkel 58 benötigte Hub ist jedoch bei dieser
alternativen Ausführungsform länger.
In diesem Fall läßt sich, da der Ringkolben 46 nicht verdrehbar
ausgestaltet ist, eine Verdrehsicherung zwischen Zylinderhülse
und Kolbenstange auch dadurch realisieren, daß zwei parallele
Kolbenstangen vorgesehen sind. Beide Kolbenstangen können in
diesem Fall zur Ölführung verwendet werden, sofern sie hohl
ausgebildet sind. Dabei kann die eine Kolbenstange den Druck
raum A und die andere Kolbenstange den Druckraum B versorgen.
Die Anordnung der Wendelnut bzw. Spiralnut 50 und daraus resul
tierend die Anordnung der Axialnut 52 können sich abhängig von
dem Betriebsdruck, den Reibungsverhältnissen und dem Walzendurchmesser
innen oder außen als günstiger erweisen. In den ge
zeigten Ausführungsformen weist die Anordnung der Wendelnut 50
innen Vorteile gegenüber der Anordnung außen auf. Denn die re
sultierenden Schaltkräfte sind bei der verwendeten Anordnung
deutlich höher und die Verlustmomente erheblich niedriger ge
genüber einer Anordnung der Wendelnut außen.
Es versteht sich, daß statt der radialen Einspeisung von Öl
mittels des Ölführungsrings 86, wie in Fig. 4 gezeigt, auch ei
ne axiale Speisung über die Stirnseite erfolgen kann. Dabei ist
es insbesondere auch denkbar, daß die Kolbenstange 44 nicht
durchgehend hohl ausgebildet ist sondern mit zwei gegenüber
liegenden Sacklöchern ausgestattet wird, von denen das eine zur
Versorgung des Druckraums A und das andere zur Versorgung des
Druckraums B dient.
Bei der zweiteiligen Ausführung des Ringkolbens 46 können die
zwei Teile miteinander verpreßt und, wenn nötig, zusätzlich
verschraubt werden. Die Schraubenköpfe können dann zur Siche
rung des minimalen Druckraumvolumens und als Endanschläge ge
nutzt werden.
Durch Anordnung der Dichtungen an den gegenüberliegenden Enden
des Ringkolbens 46 und entsprechender Ausführung von Wendelnut
50 und Axialnut 52 kann der Ringkolben 46 vormontiert und als
Baugruppe auf der Kolbenstange 44 eingebaut werden.
Durch die Integration der Kolben-/Zylinderanordnung 42 in die
Schaltwalze 30 kann die komplette Schaltwalze 30 als vor
montierte und geprüfte Baueinheit bzw. Patrone in das Getriebe
10 montiert werden.
Die Tatsache, daß der Schwenkantrieb 42 als hydraulischer
Stellantrieb ausgebildet ist, führt zu folgenden Vorteilen. Hy
draulische Antriebe zeichnen sich prinzipiell durch gutes Zeit
verhalten, geringes Leistungsgewicht und ihren geringen Raumbe
darf aus. Das bedeutet Dynamikgewinn durch den Wegfall einer
Untersetzung, hohe Stellkräfte und eine Gewichtsreduzierung.
Durch den geringen Bauraumbedarf läßt sich der Antrieb in
Längskolbenweise in die Schaltwalze 30 integrieren.
Durch eine Vormontierung in Patronenbauweise läßt sich der
Schwenkantrieb 42 leicht durch Einstecken im Getriebe 10 mon
tieren.
Aufgrund der robusten Lösung der Umsetzung von Translations- in
Rotationsbewegungen mittels einfacher Koppelvorrichtungen auf
der Grundlage von Nuten und Stiften werden die fertigungs
technischen Nachteile von Gewinden umgangen. Ferner lassen sich
die in einem automatisierbaren Getriebe häufig ohnehin instal
lierten hydraulischen Einrichtungen nutzen. Wenn eine externe
hydraulische Versorgungseinheit mit Speicher vorgesehen ist,
kann der Antrieb der Pumpe (Fig. 1) kleiner (leichter) ausge
führt werden als ein in Dynamik und Schaltkraft vergleichbarer
Elektromotor für die Schaltwalze 30. Durch die Freiheitsgrade,
die die Hydraulik bietet, ist eine optimale Anpassung an die
gestellte Aufgabe möglich, ohne Rückwirkung auf die Umgebung.
Ferner ermöglicht die Hydraulik eine hohe integrierte
Kraftübersetzung. Die elektronischen Steuergeräte lassen sich
einfach elektrisch einbinden, es entsteht keine Mischung aus
Elektromagnetventilen und Elektromotoren.
Sofern man den Schwenkantrieb 42 für Stellaufgaben in einem H-
Schaltgetriebe mit zwei Freiheitsgraden verwendet, kann auf ei
ne Hebelkinematik (Toleranz, Teile) verzichtet werden. Es läßt
sich ebenfalls eine hochintegrierte Bauweise verwirklichen.
Insbesondere dann, wenn statt einer Schaltwalze zwei Schalt
walzen verwendet werden, ist der Vorteil des hydraulischen
Schwenkantriebes 42 gegenüber elektromotorischen Systemen hoch.
Im Vergleich zu einer Lösung mit Drehkolben ist der Drehantrieb
auf der Grundlage einer linearen Kolben-/Zylinderanordnung
dichtungstechnisch viel weniger aufwendig. Es sind höhere Fer
tigungstoleranzen möglich. Durch die vergleichsweise niedrige
Anpressung der Dichtungselemente wird ein hoher Wirkungsgrad
erzielt.
Ein Aktuator für ein Getriebe gemäß dem zweiten Aspekt der Er
findung ist in Fig. 9 generell mit 200 bezeichnet.
Der Aktuator 200 dient dazu, eine nicht näher bezeichnete
Schaltstange linear zu bewegen und zu verdrehen. Die Richtung
von linearen Bewegungen ist in Fig. 9 generell bei S gezeigt,
die Richtung von Drehbewegungen bei W'.
Die lineare Bewegung dient dabei zum Schalten von Schaltkupp
lungen des Getriebes, ähnlich den Schaltbewegungen S mittels
eines Schalthebels, der in einer H-Schaltkulisse geführt ist,
wie es ebenfalls in Fig. 9 angedeutet ist. Die Drehbewegungen,
die in Fig. 9 mit W' bezeichnet sind, entsprechen Wählbewegun
gen W zum Anwählen von Gassen der H-Schaltkulisse.
Der Aktuator 200 umfaßt ein Gehäuse 202. Das Gehäuse 202 bein
haltet einen Ringabschnitt 204 sowie eine erste und eine zweite
Zylinderhälfte 206, 208. Die zwei Zylinderhälften 206, 208 sind
an den beiden axialen Enden des Ringabschnittes 204 vorgesehen.
Durch die Zylinderhälften 206, 208 und den Ringabschnitt 204
wird ein äußerer Zylinderraum 210 gebildet, in dem ein Wählkol
ben 212 angeordnet ist.
Der Wählkolben 212 ist in einer Ausgangsposition mittig inner
halb des Zylinderraumes 210 angeordnet, so, daß zu beiden axia
len Enden jeweils ein Teilzylinderraum gebildet ist. Zur Ab
dichtung ist zwischen den Teilzylinderräumen und dem Wählkolben
212 jeweils ein Dichtungsteller 214 vorgesehen.
Der Wählkolben 212 ist, wie es genauer in den Fig. 10 und 11
dargestellt ist, an seinem Außenumfang mit zwei äußeren Diago
nalnuten 216 versehen, die etwa schraubenförmig von einem axia
len Ende zum anderen axialen Ende des Wählkolbens 212 verlau
fen. Etwa in der Mitte ist ein Absatz 217 vorgesehen, in dessen
Bereich die Diagonalnuten 217 jeweils etwa in Axialrichtung
verlaufen.
An dem Ringabschnitt 204 des Gehäuses 202 sind zwei ortsfeste
Führungsstifte 218 vorgesehen, die in den äußeren Zylinderraum
210 hineinragen, und zwar derart, daß sie in die gegenüberlie
genden Diagonalnuten 216 greifen.
In diesem Zusammenhang ist zu bemerken, daß Fig. 9 nicht einen
ebenen Schnitt durch den Aktuator zeigt, sondern in der unteren
Hälfte durch eine andere Ebene geschnitten ist als in der obe
ren Hälfte.
Der Eingriff des Führungsstiftes 218 in die Diagonalnut 216 ist
in der unteren Hälfte von Fig. 9 gezeigt.
Am Innenumfang ist der Wählkolben 212 mit zwei gegenüberliegen
den Axialnuten 220 versehen. In die Axialnuten 220 greifen Au
ßennasen 224 eines Koppelrings 222, der in Fig. 14 in der
Draufsicht schematisch dargestellt ist.
Der Koppelring 222 ist zwischen den zwei Zylinderhälften 206,
208 axial unverschieblich aber drehbar festgelegt.
Während die Außennasen 224 gegenüber den Außenumfängen der Zy
linderhälften 206, 208 vorstehen, stehen Innennasen des Koppel
rings 222 gegenüber dem Innenumfang der Zylinderhälften 206,
208 vor.
Im Inneren der Zylinderhälften 206, 208 ist ein innerer Zylin
derraum 228 vorgesehen, in dem ein Schaltkolben 232 axial ver
schieblich und verdrehbar gelagert ist. Die Abdichtung zwischen
den Zylinderhälften 206, 208 und dem Schaltkolben 232 und damit
des inneren Zylinderraumes 228 erfolgt über zwei O-Ringe 230.
Der Schaltkolben 232 weist einen mittleren Abschnitt 234 größe
rer Dicke auf. Der mittlere Abschnitt 234 liegt generell am In
nenumfang der Zylinderhälften 206, 208 an. An den Übergängen
zwischen dem mittleren Abschnitt 234 und den dünneren Endab
schnitten des Schaltkolbens 232 sind jeweilige Dichtungsteller
236 vorgesehen. Durch die Dichtungsteller 236 werden von dem
inneren Zylinderraum 228 zwei gegenüberliegende Teilzylinder
räume abgeteilt.
Der Schaltkolben 232 ist, wie es insbesondere auch in Fig. 12
und 13 zu sehen ist, an seinem Außenumfang mit zwei gegenüber
liegenden Axialnuten 238 versehen. Die Innennasen 226 des Kop
pelrings 222 greifen in diese Axialnuten 238.
Die Teilzylinderräume des äußeren Zylinderraums 210 sind je
weils über Hydraulikfluidzuführleitungen 240 mit Hydraulikfluid
versorgbar. Entsprechend sind die gegenüberliegenden Teilzylin
derräume des inneren Zylinderraums 228 über Hydraulikfluidlei
tungen 242 mit Hydraulikfluid versorgbar.
Die Funktionsweise des Aktuators 200 ist wie folgt.
Aus der in Fig. 9 gezeigten Grundstellung kann eine Wählbewe
gung W' eingeleitet werden, indem man in einen der zwei Teilzy
linderräume des äußeren Zylinderraums 210 Hydraulikfluid (über
eine der Leitungen 240) einführt. Hierdurch wird der Wählkolben
212 axial versetzt. Da die gehäusefesten Führungsstifte 218 in
die Diagonalnuten 216 greifen, wird der Wählkolben 212 bei die
ser Axialbewegung gleichzeitig verdreht. Die Drehbewegung wird
mittels des Koppelstiftes in eine Drehbewegung des Schaltkol
bens 232 umgesetzt. Dieser Vorgang entspricht einer Wählbewe
gung W mit einem H-geführten Schalthebel.
Schaltbewegungen S werden durchgeführt, indem in einen der
Teilzylinderräume des inneren Zylinderraums 228 Hydraulikfluid
zugeführt wird (über eine der Leitungen 242). Hierdurch erfolgt
ein Axialversatz des Schaltkolbens 232, entsprechend einer
Schaltbewegung S. Dabei wird die Drehstellung der Kolben 212,
232 nicht beeinflußt, da die Innennasen 226 in der äußeren
Axialnut des mittleren Abschnittes 234 des Schaltkolbens 232
gleiten.
Es läßt sich erkennen, daß aus der in Fig. 9 gezeigten Mittel
position, die der Stellung eines Ganghebels in der Gasse für
den dritten/vierten Gang entspricht, sowohl Wählbewegungen zur
einen Seite (z. B. zur Gasse des ersten und des zweiten Ganges)
wie auch zur anderen Seite hin durchgeführt werden können (z. B.
zur Gasse des fünften/sechsten Ganges).
Entsprechend kann aus der in Fig. 9 gezeigten Mittelstellung
sowohl eine Schaltbewegung innerhalb einer Gasse in die eine
wie die andere Richtung erfolgen, also z. B. zum Einlegen des
ersten oder des zweiten Ganges.
Dem ersten und dem zweiten Aspekt der Erfindung ist gemeinsam,
daß zur Implementierung einer Translations-Rotationswandlung
ein Element vorgesehen ist, das mit einer schraubenförmigen
oder Diagonalnut sowie mit einer Axialnut versehen ist. Im Fal
le des Aktuators 200 ist dies der Wählkolben 212. Im Falle des
Aktuators 26, des Aktuators 70 und des Aktuators 110 ist dies
der Ringkolben 46.
Als eigene Erfindung wird daher auch angesehen, ein Getriebe
mit einem hydraulischen Aktutator bereitzustellen, der einen
Ringkolben mit wenigstens einer axial und wenigstens einer
schraubenförmigen Nut aufweist.
Generell läßt sich bei dem zweiten Aspekt der Erfindung, also
bei der Anwendung eines solchen Aktuators auf ein H-
Schaltgetriebe, eine besonders kompakte Bauform erzielen. Fer
ner ist gegenüber dem Aktuator, der aus der DE 196 15 267 C1
bekannt ist, ein Vorteil, daß die Schaltwelle keinen Querkräf
ten ausgesetzt wird.
Der Aktuator 200 läßt sich in Patronenbauweise realisieren. Die
Teileanzahl ist insgesamt besonders gering.
Im Rahmen einer hybriden Lösung ist es auch möglich, die Dreh
bewegung des Koppelrings 222 durch einen elektromotorischen
Wählwinkelantrieb zu realisieren.
Aufgrund des Absatzes 217 in der Diagonalnut 216 sind stabile
Wählwinkel in einer Gasse möglich (insbesondere bei der Gasse
für den dritten bzw. vierten Gang).
Es versteht sich, daß ein Großteil der Merkmale und Vorteile,
die im Detail in bezug auf den ersten Aspekt der Erfindung be
schrieben worden sind, auch auf den zweiten Aspekt der Erfin
dung zutreffen, ohne daß dies im Detail hier erörtert ist. Ent
sprechende Passagen der Beschreibung des ersten Aspektes der
Erfindung lassen sich auch auf den zweiten Aspekt lesen.
Claims (25)
1. Automatisierbares Getriebe (10) für Kraftfahrzeuge, mit
einer Mehrzahl von Gängen, denen Schaltkupplungen (18) zum
Ein- und Auslegen derselben zugeordnet sind, wobei wenig
stens eine Schaltkupplung (18) zum Ein- und Auslegen we
nigstens eines Ganges mittels eines Aktuators (26; 70;
110) betätigbar ist, wobei der Aktuator (26; 70; 110) eine
Schaltwalze (30) mit wenigstens einer Umfangsspur (38)
aufweist, durch deren Verlauf die Schaltkupplung (18) bei
Drehbewegungen der Schaltwalze (30) betätigt wird, und wo
bei der Aktuator (26; 70; 110) einen fluidmechanischen
Drehantrieb (42) für die Schaltwalze (30) aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Drehantrieb (42) eine lineare Kolben-/Zylinder
anordnung (42) aufweist, deren Hubachse (31) parallel zu
der Drehachse (31) der Schaltwalze (30) ausgerichtet ist.
2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Drehantrieb (42) ein hydraulischer Schwenkantrieb (42)
ist.
3. Getriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Drehantrieb (42) in die Schaltwalze (30) inte
griert ist.
4. Getriebe nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Kolben-/Zylinderanordnung (42) eine Kop
pelvorrichtung (50-56) aufweist, die Hubbewegungen der
Kolben-/Zylinderanordnung (42) in Drehbewegungen der
Schaltwalze (30) umsetzt.
5. Getriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
Koppelvorrichtung (50-56) eine wendelförmige Profilierung
(50) mit einem Steigungswinkel (59) im Bereich von 10° bis
80°, insbesondere von 30° bis 50° aufweist.
6. Getriebe nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Koppelvorrichtung (50-56) die Verdrehbarkeit der
Schaltwalze (30) begrenzt.
7. Getriebe nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Kolben-/Zylinderanordnung (42) einen
Ringkolben (46) aufweist.
8. Getriebe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der
Ringkolben (46) an einer drehfesten Kolbenstange (44)
axial beweglich gelagert ist.
9. Getriebe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die
Kolbenstange (44) einen Hohlkanal (84) zur Fluidleitung
aufweist.
10. Getriebe nach einem der Ansprüche 7-9, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Ringkolben (46) an der Kolbenstange (44)
mittels einer ersten Koppeleinrichtung (50, 54) begrenzt
verdrehbar gelagert ist.
11. Getriebe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die
erste Koppeleinrichtung (50, 54) so ausgebildet ist, daß
ein axialer Hub des Ringkolben (46) an der Kolbenstange
(44) eine Drehbewegung des Ringkolbens (46) in bezug auf
die Kolbenstange (44) induziert, und umgekehrt.
12. Getriebe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die
erste Koppeleinrichtung (50, 54) eine wendelförmige Profi
lierung (50) mit einem Steigungswinkel (59) im Bereich von
10° bis 80°, insbesondere von 30° bis 50° aufweist.
13. Getriebe nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet,
daß der Ringkolben (46) mittels einer zweiten Koppel
einrichtung (52, 56) drehfest mit der Schaltwalze (30) ge
koppelt ist.
14. Getriebe nach einem der Ansprüche 4-13, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Koppeleinrichtung(en) (50-56) jeweils
einen Koppelstift (54, 56) aufweisen, der in eine ent
sprechende Koppelnut (50, 52) greift.
15. Getriebe nach einem der Ansprüche 1-14, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Kolben-/Zylinderanordnung (42) einen Zy
linder (72) mit einer Öffnung (73) und einen Kolben (46)
aufweist, der durch die Öffnung (73) mit der Schaltwalze
(30) gekoppelt ist.
16. Getriebe nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der
Zylinder (72) starr mit einer Kolbenstange (44) verbunden
ist, an der der Kolben (46) gelagert ist.
17. Getriebe nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet,
daß der Zylinder (72) zweiteilig ausgebildet ist.
18. Getriebe nach einem der Ansprüche 1-14, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Schaltwalze den Zylinder (30) der Kol
ben-/Zylinderanordnung (42) bildet.
19. Getriebe nach einem der Ansprüche 7-18, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Ringkolben (46) zweiteilig ausgebildet
ist.
20. Getriebe nach einem der Ansprüche 3-19, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Kolben-/Zylinderanordnung (42) nach der
Art einer Patrone vormontiert in die Schaltwalze (30) ein
gebaut ist.
21. Automatisierbares Getriebe für Kraftfahrzeuge, mit einer
Mehrzahl von Gängen, denen wenigstens zwei Schaltkupplun
gen zum Ein- und Auslegen derselben zugeordnet sind, die
getrennt anwählbar sind, wobei die Schaltkupplungen mit
tels einer Aktuatoreinrichtung (200) betätigbar sind, wobei
die Aktuatoreinrichtung (200) mittels einer ersten Be
wegung (W') eine der Schaltkupplungen wählt und mittels
einer zweiten Bewegung (S) die jeweils gewählte Schalt
kupplung betätigt, wobei die Richtungen der ersten und der
zweiten Bewegung (W', S) etwa senkrecht zueinander verlau
fen, wobei die Aktuatoreinrichtung (200) eine erste linea
re Kolben-/Zylinderanordnung (204, 206, 208, 212) zum Ausfüh
ren von ersten Bewegungen (W') und eine zweite lineare
Kolben-/Zylinderanordnung (206, 208, 234) zum Ausführen von
zweiten Bewegungen (S) aufweist, und wobei ein Transla
tions-Rotationswandler (218, 216, 220, 222, 238) vorgesehen
ist, derart, daß ein Linearversatz des Kolbens (212) der
ersten Kolben-/Zylinderanordnung (204, 206, 208, 212) in eine
Drehbewegung (W') des Kolbens (234) der zweiten
Kolben-/Zylinderanordnung (206, 208, 234) umgesetzt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß
die erste lineare Kolben-/Zylinderanordnung (204, 206, 208, 212) parallel zu der zweiten linearen Kolben-/Zylinderanordnung (206, 208, 234) angeordnet ist und
daß der Translations-Rotationswandler (218, 216, 220, 222, 238) wenigstens eine schraubenförmige Profilierung (216) aufweist.
die erste lineare Kolben-/Zylinderanordnung (204, 206, 208, 212) parallel zu der zweiten linearen Kolben-/Zylinderanordnung (206, 208, 234) angeordnet ist und
daß der Translations-Rotationswandler (218, 216, 220, 222, 238) wenigstens eine schraubenförmige Profilierung (216) aufweist.
22. Getriebe nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der
Kolben (212) der ersten Kolben-/Zylinderanordnung
(204, 206, 208, 212) eine Außennut (216) und eine Innennut
(220) aufweist, von denen eine (216) als Schraubennut
(216) ausgebildet ist.
23. Getriebe nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet,
daß die schraubenförmige Profilierung (216) einen Absatz
aufweist, um an dieser Stelle einen stabilen Wählwinkel zu
ermöglichen.
24. Getriebe nach einem der Ansprüche 21-23, dadurch gekenn
zeichnet, daß die zweite Kolben-/Zylinderanordnung
(206, 208, 234) konzentrisch innerhalb der ersten
Kolben-/Zylinderanordnung (204, 206, 208, 212) angeordnet
ist.
25. Getriebe nach einem der Ansprüche 21-24, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Rotations-Translationswandler
(218, 216, 220, 222, 238) einen Koppelring (222) aufweist,
dessen axiale Position festgelegt ist und der in jeweilige
Nuten (220, 238) der Kolben (212, 234) der Kolben-/Zylinder
anordnungen greift.
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