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Die Erfindung betrifft eine Betätigungseinrichtung für ein automatisiertes mehrstufiges Schaltgetriebe eines Motorfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Aus der
DE 41 37 142 A1 ist eine Betätigungseinrichtung für ein automatisiertes Schaltgetriebe bekannt, bei der mit Hilfe eines weggesteuerten Aktuators sowie mehrerer ein- bzw. ausschaltender Aktuatoren alle Gänge des Getriebes anwählbar und schaltbar sind. Dazu ist die Motorwelle eines Elektromotors mit einem Kurvengetriebe antriebswirksam verbunden, welches wiederum koaxial mit einer Schubstange in trieblicher Verbindung steht. Die Schubstange ist über Koppelvorrichtungen wahlweise mit einer von mehreren Schaltschwingen des Getriebes verbindbar, mit deren Hilfe schaltgassenbezogen Getriebegänge eingelegt oder herausgenommen werden.
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Das Kurvengetriebe umfasst eine auf einer Spindelwelle laufende Gewindemutter, die am Getriebegehäuse verschiebefest, jedoch drehbar angeordnet ist. Der Spindelwelle sind zwei Kupplungen zugeordnet. Die erste Kupplung verbindet die Spindelwelle und die Motorwelle des Elektromotors, so dass die Motorwelle und die Spindelwelle mit der Gewindemutter gekoppelt oder gelöst wird. Die zweite Kupplung verbindet die Spindelwelle im geschlossenen Zustand mit dem Getriebegehäuse derart, dass die Spindelwelle keine Drehbewegung, sondern nur eine translatorische Bewegung ausführen kann. Die beiden Kupplungen arbeiten dabei gegenläufig, d. h., wenn die eine Kupplung geöffnet wird, ist die andere Kupplung geschlossen oder umgekehrt. Bei einer translatorischen Bewegung verschiebt die Spindelwelle demnach auch die Schubstange, mit der dann die jeweils angekoppelte Schaltschwinge bewegt wird.
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Gemäß einer anderen in der
DE 41 37 142 A1 offenbarten Betätigungsvorrichtungsvariante ist die Gewindemutter drehfest und axialverschiebbar gelagert, so dass bei einer Drehbewegung der Motorwelle die Spindelwelle angetrieben und die Gewindemutter sowie die Schubstange zur Durchführung einer Schaltgassenwählbewegung axial verschoben werden. Zudem sind ein- bzw. ausschaltende Aktuatoren im Bereich einer jeden Schaltschwinge vorhanden, die letztere mit der Schubstange derart wahlweise verbinden, dass der gewünschte Gang einlegbar ist.
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Weiterhin ist aus der
DE 41 05 157 C2 eine Schaltvorrichtung für ein Kraftfahrzeuggetriebe bekannt, bei der eine Schaltgabel des Getriebes durch einen Elektromotor angetrieben wird, der auf einer ortsfesten Schaltwelle axial beweglich angeordnet ist.
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Nachteilig bei diesen Betätigungsvorrichtungen ist, dass diese konstruktiv aufwändig und kostenintensiv produzierbar sind. Darüber hinaus können diese aufwändigen Konstruktionen anfällig gegen Störungen sein und unterliegen zwangsläufig einem hohen Verschleiß. Des Weiteren beanspruchen diese Lösungen vergleichsweise viel Platz im Schaltgetriebe.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Betätigungseinrichtung für ein automatisiertes mehrstufiges Schaltgetriebe für ein Motorfahrzeug zur Verfügung zu stellen, das kostengünstig herstellbar ist, wenig Bauraum benötigt und verschleißarm funktioniert.
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Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Hauptanspruchs, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar sind.
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Demnach geht die Erfindung aus von einer Betätigungseinrichtung zum Auswählen und Schalten von Gängen eines automatisierten mehrstufigen Schaltgetriebes eines Motorfahrzeugs, mit einer von einem Motor antreibbaren und ein Außengewinde aufweisenden Spindelwelle, mit einer auf der Spindelwelle angeordneten und mit dem Außengewinde der Spindelwelle kämmenden Spindelmutter, sowie mit wenigstens einem ein- bzw. ausschaltbaren Aktuator, wobei durch eine Drehung der Spindelwelle eine Schaltgasse anwählbar ist, und durch eine Betätigung des ein- bzw. ausschaltbaren Aktuators ein der jeweiligen Schaltgasse zugeordneter Gang schaltbar wird.
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Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist zudem vorgesehen, dass ein Abschnitt der Spindelwelle eine der Schaltgassenanzahl entsprechende Anzahl radial umlaufender Nuten aufweist, dass die Spindelmutter einen axial verschiebbaren Stift aufweist, und dass der ein- bzw. ausschaltbare Aktuator derart ausgebildet und angeordnet ist, dass mit diesem zur Durchführung einer Schaltgassenauswahl der Stift außerhalb der umlaufenden Nuten bringbar, sowie zur Festlegung einer bestimmten Schaltgasse und zur Durchführung eines Gangschaltvorgangs in eine der umlaufenden Nuten verschiebbar ist.
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Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung besteht darin, dass mit dieser bekannte Handschaltgetriebe kostengünstiger als bisher als automatisierte Schaltgetriebe ausgeführt werden können. Die Ausbildung der der Gassenanzahl einer fahrernahen Getriebeschalvorrichtung entsprechenden Anzahl von radial umlaufenden Nuten zusätzlich zum Außengewinde auf der Spindelwelle trägt dazu bei, den für die Betatigungsvorrichtung notwendigen Bauraum im Schaltgetriebe erheblich zu vermindern.
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Durch das Vorsehen nur eines ein- oder ausschaltenden Aktuators für die Betätigungsbewegung des die jeweils gewählte Schaltgasse fixierenden Stiftes kann auf aufwändige pneumatische oder hydraulische Einrichtungen zur Erzeugung der Schaltkraft für mehrstufige automatisierte Schaltgetriebe verzichtet werden. Darüber hinaus ist nur eine Wähl- und Schaltwelle sowie nur ein weggesteuerter Aktuator notwendig. Diese Betätigungseinrichtung ermöglicht zudem eine beliebige Anordnung der Gänge auf den Wellen des Getriebes und ist für nahezu alle Getriebekonzepte, so auch für automatisiert schaltbare Doppelkupplungsgetriebe anwendbar.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung sieht vor, dass der Stift zur Durchführung einer Schaltgassenauswahl in eine längliche Nut eines Getriebeteils in Eingriff bringbar und zur Durchführung eines Gangschaltvorgangs aus der länglichen Nut herausführbar ist.
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Zudem wird es in diesem Zusammenhang als vorteilhaft erachtet, wenn der Aktuator radial oberhalb des die längliche Nut enthaltenden Teils angeordnet ist und einen zum genannten Stift weisenden Betätigungsstempel hat, welcher etwas kleiner ist als die längliche Nut. Dadurch kann der Betätigungsstempel zur Stiftbetätigung problemlos in die längliche Nut eingreifen und überdeckt zusätzlich vollständig den gesamten zur Schaltgassenauswahl möglichen Verschiebeweg.
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Gemäß einer anderen Weiterbildung der Betätigungsvorrichtung ist vorgesehen, dass der Stift in der Spindelmutter von einer Feder mit einer Federkraft belastet wird, die in Richtung zum Aktuator weist. Durch diesen Aufbau ist sichergestellt, dass auch bei einem Defekt des Ein-/Aus-Aktuators der Stift durch die Kraft der Rückstellfeder sicher in eine solche Position gebracht wird, in der die Axialverschiebbarkeit der Spindelmutter nicht beeinträchtigt ist.
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Außerdem kann vorgesehen sein, dass der eine EIN/AUS-Aktuator elektromagnetisch und/oder federbelastet betätigbar ausgebildet und in Abhängigkeit von seinem EIN/AUS-Schaltzustand mit dem Stift in oder außer Wirkverbindung bringbar ist. Dabei ist das die längliche Nut aufweisende Teil ortsfest im Getriebegehäuse angeordnet, wodurch die axiale Verschiebbarkeit und die Verdrehbarkeit der Gewindemutter auf der Spindelwelle gewährleistet ist, um die Wahl der Schaltgasse für den einzulegenden Getriebegang und die Einlegung des gewählten Ganges zu ermöglichen. Die axiale Verschiebbarkeit und die Verdrehbarkeit der Gewindemutter auf der Spindelwelle stehen in unmittelbarer Wechselwirkung mit der Position des in der Gewindemutter axialgeführten Stiftes, die wiederum vom Schaltzustand des EIN/AUS-Aktuators abhängig ist.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das die längliche Nut aufweisende Teil als Nutenblech ausgebildet. Die Nut kann dabei als Langloch ausgeführt sein. Gegebenenfalls kann das die Nut enthaltende Teil Bestandteil der Gehäusewandung des Getriebegehäuses oder eines anderen ortsfesten Getriebebauteils sein.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung eine Betätigungseinrichtung ist die Spindelwelle rotatorisch mit einem Elektromotor verbunden, der vom elektrischen Bordnetz des Fahrzeuges mit elektrischer Energie gespeist wird.
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Während des Betätigungsvorgangs wirkt der Aktuator im EIN-Schaltzustand auf den axial verschiebbaren Stift der Spindelmutter derart ein, dass dieser in eine der Nuten der Spindelwelle verschoben wird. Dazu gelangt er außer Eingriff mit dem die längliche Nut aufweisenden Teil. Wenn jedoch der Aktuator im AUS-Schaltzustand nicht auf den Stift einwirkt, befindet sich dieser außer Eingriff mit einer der Nuten der Spindelwelle, aber in Eingriff mit dem die längliche Nut aufweisendem Teil.
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Schließlich ist vorgesehen, dass die Spindelmutter wahlweise mit einer von mehreren Schaltschwingen und Koppelmittel des Getriebes in Wirkverbindung bringbar ist, so dass in an sich bekannter Weise auf einer Getriebewelle drehgelagerte Loszahnräder mit dieser Getriebewelle drehfest verbindbar sind.
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Zur Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung eines Ausführungsbeispiels beigefügt. In dieser zeigt die Zeichnungsfigur eine teilgeschnittene Perspektivansicht der erfindungsgemäßen Betätigungseinrichtung für ein automatisiertes mehrstufiges Schaltgetriebe eines Motorfahrzeugs.
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Die Betätigungseinrichtung gemäß der Zeichnungsfigur umfasst eine Spindelwelle 1, die von einem schematisch dargestellten Motor 2, vorzugsweise einem Elektromotor, rotatorisch angetrieben wird. Der Motor 2 ist in oder an einem nicht gezeigten Gehäuse eines hinsichtlich der Schalt- und Wählvorgänge automatisierten Schaltgetriebes untergebracht und wird vom Bordnetz des Fahrzeuges mit elektrischer Energie versorgt sowie von einem Steuergerät angesteuert.
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Die Spindelwelle 1 besitzt über einen definierten Abschnitt ein Außengewinde 3, das in dieser vereinfachten Darstellung in der Nähe des antreibenden Motors 2 gezeigt ist. Daran schließt sich axial ein Abschnitt an, in dem eine Mehrzahl von radial umlaufenden Nuten 4 ausgebildet sind, deren Anzahl der Schaltgassenanzahl einer fahrerseitigen konventionellen und hier jedoch nicht benötigten Getriebeschalt- und Wählvorrichtung entspricht. Dabei ist jeder Schaltgasse bzw. umlaufenden Nut 4 ein oder mehrere Gänge des Schaltgetriebes zugeordnet. Die radial umlaufenden Nuten 4 sind vorzugsweise gleichmäßig zueinander beabstandet.
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Auf der Spindelwelle 1 ist eine mit einem zum Außengewinde 3 der Spindelwelle 1 korrespondierenden Innengewinde 5 versehene Spindelmutter 6 angeordnet, so dass die Spindelmutter 6 auf der Spindelwelle 1 translatorisch bewegbar ist. Im Bereich der auf der Spindelwelle 1 ausgebildeten radial umlaufenden Nuten 4 weist die Spindelmutter 6 einen in einer Aufnahmebohrung aufgenommenen radial hervorstehenden und zur Spindelmutter 6 axial verschiebbaren Stift 7 bestimmter Länge auf. Die Dicke des Stiftes 7 ist etwas kleiner als die Breite der radial umlaufenden Nuten 4 in der Spindelwelle 1, so dass der Stift 7 leicht in einer der jeweiligen Nuten 4 aufnehmbar ist.
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Die mit dem Stift
7 versehene Spindelmutter
6 dient zur Auswahl einer der möglichen Schaltgassen und zum Einlegen des gewählten Getriebeganges über im Getriebegehäuse angeordnete Schaltelemente. Diese Schaltelemente (beispielsweise Schaltgabeln, Schiebemuffen, Synchronringe) sind hier nicht gesondert dargestellt, aber aus dem eingangs genannten Stand der Technik, insbesondere aus der
DE 41 051 57 C2 an sich bekannt.
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In unmittelbarer Nähe der Spindelmutter 6 ist ein eine längliche Nut 8 enthaltendes Teil 9 am Getriebegehäuse befestigt, welches hier als Nutenblech ausgebildet ist. Die Breite der länglichen Nut 8 entspricht dabei etwa der Dicke des Stiftes 7 der Spindelmutter 6, so dass der Stift 7 in dieser Nut 8 weitgehend umfangsspielfrei aufgenommen ist. Gegenüber dem die längliche Nut 8 enthaltenden Teil 9 ist ein Aktuator 10 angeordnet, der vorzugsweise elektromagnetisch betätigbar ausgebildet ist.
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Wie dieser Darstellung des weiteren entnehmbar ist, weist der Aktuator 10 einen länglichen Stempel 11 auf, dessen Abmessungen so gewählt sind, dass dieser in die längliche Nut 8 eintauchen und so den Stift 7 axial verschieben kann. Von Vorteil ist dabei, dass dieser Stempel 11 den gesamten möglichen axialen Verschiebeweg des Stiftes 7 in der länglichen Nut 8 abdeckt.
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In Abhängigkeit von seinem Betätigungszustand ist der Stempel 11 dieses Aktuators 10 mit dem in der länglichen Nut 8 befindlichen Stift 7 in Wirkverbindung oder außer Wirkverbindung bringbar.
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Im AUS-Schaltzustand des Aktuators 10 greift dessen Stempel 11 nicht in die längliche Nut 8 des Teils 9 ein. Weiterhin befindet sich in dieser Schaltstellung der axial verschiebbare Stift 7 der Spindelmutter 6 außer Eingriff mit den Nuten 4 der Spindelwelle 1, jedoch in Eingriff mit dem die längliche Nut 8 enthaltenden Teil 9. In dieser Position kann die Spindelmutter 6 bei einer Drehung der Spindelwelle 1 auf dieser axial verschoben werden, wobei sich der Stift 7 in der länglichen Nut 8 des Teils 9 bewegt. Diese axiale Verschiebung der Spindelmutter 6 relativ zum Teil 9 dient zur Wahl der Schaltgasse bzw. zur Auswahl einer der radial umlaufenden Nuten 4 der Spindelwelle 1.
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In diesem Zusammenhang sein darauf hingewiesen, dass an dem Stift eine Rückstellfeder 12 angreift, dessen Rückstellkraft in Richtung zum Aktuator 10 wirkt. Die Rückstellfeder 12 ermöglicht so auch bei einem Defekt des Aktuators 10, dass der Stift 7 aus einer der umlaufenden Nuten 4 herausführbar ist.
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Wenn der Aktuator 10 betätigt wird, entweder automatisch mittels eines Steuergerätes oder manuell beispielsweise über einen Schalthebel, eine Schaltwippe oder dergleichen, so wird der in der Spindelmutter 6 axial verschiebbare Stift 7 aus der Nut 8 des Teils 9 herausgedrückt und dabei gleichzeitig in die einem gewählten Gang zugeordnete Nut 4 der Spindelwelle 1 hineinbewegt.
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Nach dem Abschluss dieses Betätigungsvorgangs ist die translatorische Bewegung der Spindelmutter 6 relativ zur Spindelwelle 1 gesperrt, so dass die Spindelmutter 6 bei einer Drehbewegung der Spindelwelle 1 mit dieser verdreht wird. Durch die Verdrehung der Spindelmutter 6 um einen definierten Winkel wird dann der entsprechende Getriebegang eingelegt, wobei die Drehrichtung den einzulegenden Gang der gewählten Schaltgasse bestimmt.
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Über nicht dargestellte Schaltelemente, wie Schaltwelle, Schaltgabel, Schaltfinger usw. wird die Auswahl der Gasse und das Einlegen des entsprechenden Gangs auf die anderen Koppelmittel des Schaltgetriebes übertragen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Spindelwellewelle
- 2
- Motor
- 3
- Außengewinde
- 4
- Nuten
- 5
- Innengewinde
- 6
- Spindelmutter
- 7
- Stift
- 8
- Längliche Nut
- 9
- Teil
- 10
- Aktuator
- 11
- Betätigungsstempel
- 12
- Rückstellfeder
