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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Betätigen eines wenigstens zwischen
drei Schaltstellungen umschaltbaren formschlüssigen Schaltelementes gemäß der im
Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
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Bei
aus der Praxis bekannten Getriebeeinrichtungen werden rotierende
Bauelemente, wie Getriebewellen oder so genannte Losräder betriebszustandsabhängig über Schaltelemente
in einen Kraftfluss einer Getriebeeinrichtung zugeschaltet oder aus
diesem abgeschaltet, um verschiedene Übersetzungen bzw. Übersetzungsbereiche
einer Getriebeeinrichtung darstellen zu können und zwischen diesen wechseln
zu können.
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Bei
einer Ausführung
der Schaltelemente als reibschlüssige
Schaltelemente sind Übersetzungswechsel
vorzugsweise zugkraftunterbrechungsfrei bei gleichzeitig hohem Fahrkomfort
durchführbar. Geöffnete reibschlüssige Schaltelemente
sind jedoch unerwünschterweise
durch Schleppmomente gekennzeichnet, welche einen Wirkungsgrad einer
Getriebeeinrichtung beeinträchtigen.
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Getriebeeinrichtungen,
welche mit formschlüssigen
Schaltelementen ausgebildet sind, sind mit höheren Wirkungsgraden betreibbar,
da im Bereich von formschlüssigen
Schaltelementen bekannterweise wesentlich geringere Schleppmomente
auftreten. Im Gegensatz zu mit reibschlüssigen Schaltelementen ausgeführten Getriebeeinrichtungen
sind Übersetzungswechsel,
an welchen formschlüssige Schaltelemente
beteiligt sind, nur durch weitere geeignete Maßnahmen zugkraftunterbrechungsfrei durchführbar, die
jedoch einen Bauraumbedarf einer Getriebeeinrichtung erhöhen und
zudem zusätzliche Fertigungskosten
verursachen.
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Darüber hinaus
sind formschlüssige
Schaltelemente im Wesentlichen nur im Bereich ihres Synchronpunktes
oder nahe ihres Synchronpunktes öffen- oder schließbar, weshalb
zur Realisierung gewünschter
Schaltzeiten in der Praxis aufwändige konstruktive
oder komplexe steuerungsseitige Maßnahmen vorgesehen werden,
mittels welchen formschlüssige
Schaltelemente gezielt synchronisierbar sind.
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Dabei
werden formschlüssige
Schaltelemente oftmals als Synchronisierungen ausgebildet, die zur
Synchronisierung der Schaltelemente Bereiche aufweisen, mittels
den Drehzahldifferenzen zwischen den Schaltelementhälften durch
einen Reibeingriff innerhalb vordefinierter Zeiten ausgleichbar
sind. Derartige Synchronisierungen unterliegen jedoch nachteilhafterweise
einem unerwünscht
hohen Verschleiß und
sind darüber
hinaus durch einen hohen Bauraumbedarf gekennzeichnet.
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Steuerungsseitig
werden formschlüssige Schaltelemente
von Fahrzeuggetriebeeinrichtungen beispielsweise durch eine entsprechende
Führung einer
Motordrehzahl in Richtung ihres Synchronzustandes geführt und
anschließend
geöffnet
oder geschlossen.
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Die
Betätigung
von formschlüssigen
Schaltelementen erfolgt bei automatisierten Getrieben beispielsweise über elektromechanisch
antreibbare Schaltgabeln. Alternativ hierzu werden formschlüssige Verbindungen
zwischen Wellen von automatisierten Getrieben sowohl ohne Synchronisierungen
als auch ohne Schaltgabeln, beispielsweise mittels pneumatisch oder
hydraulisch betätigten
formschlüssigen
Schaltelementen, aktiviert oder deaktiviert. Die Funktionsweise
derartiger Getriebeeinrichtungen ist jedoch nur mit einem entsprechend
hohen Dichtaufwand im Bereich von Zuleitungen und im Bereich der Schaltelemente
selbst gewährleistbar.
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Um
Fahrzeuggetriebeeinrichtungen mit formschlüssigen Schaltelementen mit
einer gewünschten
Spontaneität
bei gleichzeitig hohem Fahrkomfort betreiben zu können, sind
entsprechende Schaltzeiten von formschlüssigen Schaltelementen bei
gleichzeitig den Fahrkomfort berücksichtigender Betätigung darzustellen.
Zur Umsetzung dieser Vorgaben ist eine Betätigungsgeschwindigkeit in Abhängigkeit
des Betriebszustandes einer Getriebeeinrichtung bzw. der formschlüssigen Schaltelemente
zu variieren. Dabei ist die Betätigungsgeschwindigkeit
eines formschlüssigen
Schaltelementes während
fahrkomfortunkritischer Betriebszustände einer Getriebeeinrichtung
höher vorsehbar
als während
Betriebszuständen,
während
welchen eine zu hohe Betätigungsgeschwindigkeit
eines formschlüssigen
Schaltelementes einen Fahrkomfort in unerwünscht hohem Umfang beeinträchtigt.
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Ein
formschlüssiges
Schaltelement wird während
Betriebszustandsverläufen
eines formschlüssigen
Schaltelementes, während
den das Schaltelement geöffnet
ist, zur Gewährleistung
kurzer Schaltzeiten und eines hohen Fahrkomforts mit hohen Stellgeschwindigkeiten
betätigt.
Im Gegensatz dazu wird ein formschlüssiges Schaltelement während Betriebszuständen, während welchen
das Schaltelement geöffnet
oder geschlossen wird, nur mit geringen Stellgeschwindigkeiten und
hohen Stellkräften
betätigt,
um einen angeforderten Übersetzungswechsel
in einer Getriebeeinrichtung ohne Beeinträchtigung des Fahrkomforts sicher
realisieren zu können
und um beim Einspuren bzw. Heranziehen der Klaue die Reibung überwinden
zu können.
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Mit
den vorbeschriebenen und aus der Praxis bekannten Betätigungen
von formschlüssigen Schaltelementen
von Getriebeeinrichtungen ist die Betätigungsgeschwindigkeit von
formschlüssigen Schaltelementen
im Wesentlichen jedoch mittels eines hohen Steuer- und Regelaufwandes
variierbar, da die von einer ein formschlüssiges Schaltelement betätigenden
Antriebseinrichtung zur Verfügung
gestellte Antriebsenergie in Abhängigkeit
eines aktuellen Betriebszustandes des formschlüssigen Schaltelementes bzw.
der Getriebeeinrichtung zu verändern ist.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung
zum Betätigen eines
formschlüssigen
Schaltelementes einer Getriebeeinrichtung zur Verfügung zu
stellen, mittels der eine Betätigung
des formschlüssigen
Schaltelementes auf einfache und kostengünstige Art und Weise in gewünschtem
Umfang variierbar ist.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches
1 gelöst.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
zum Betätigen
eines wenigstens zwischen zwei Schaltstellungen umschaltbaren formschlüssigen Schaltelementes
einer Getriebeeinrichtung ist mit einer Antriebseinrichtung und
einer Antriebswandlereinrichtung zum Wandeln einer rotatorischen
Antriebsbewegung der Antriebseinrichtung in eine translatorische Betätigungsbewegung
des formschlüssigen
Schaltelementes ausgeführt. Über das
Schaltelement sind in einer oder zwei Schaltstellungen zwei Getriebewellen
der Getriebeeinrichtung drehfest miteinander verbunden, während die
Getriebewellen in einer weiteren Schaltstellung des Schaltelementes
voneinander entkoppelt sind.
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Die
Antriebswandlereinrichtung umfasst ein erstes Bauelement mit wenigstens
einer Steuerkurve und ein damit wirkverbundenes zweites Bauelement, die
im Bereich der Steuerkurve mit einem mit einer der Getriebewellen
drehfest verbundenen, axial verschieblichen Bauelement des formschlüssigen Schaltelementes
verbunden sind. Eine antriebseinrichtungsseitige rotatorische Relativbewegung
zwischen dem ersten Bauelement und dem zweiten Bauelement der Antriebswandlereinrichtung
ist in eine translatorische Relativbewegung des Bauelementes des
Schaltelementes umwandelbar, wobei die Steuerkurve zumindest in
zu den Schaltstellungen des formschlüssigen Schaltelementes äquivalenten
Kurvenbereichen in Bezug auf die translatorische Betätigungsbewegung
des Schaltelementes jeweils eine betragsmäßig kleinere Steigung aufweist als
in zu zwischen den Schaltstellungen des formschlüssigen Schaltelementes äquivalenten
Kurvenbereichen.
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Aufgrund
der abschnittsweise unterschiedlichen Steigungen der Steuerkurve
variiert die translatorische Bewegung des Bauelementes des formschlüssigen Schaltelementes
bei konstanter Antriebsleistung der Antriebsmaschine über den
Schaltweg des formschlüssigen
Schaltelementes, womit Schaltwegbereiche zwischen den einzelnen
Schaltstellungen des formschlüssigen
Schaltelementes, während
welchen die Getriebewellen fahrkomfortunkritisch voneinander entkoppelt
sind mit höherer
Schaltgeschwindigkeit und ohne große Kräfte überfahrbar sind und Schaltwegbereiche,
während welchen
eine drehfeste Verbindung zwischen zwei Getriebewellen hergestellt
oder gelöst
wird und daher fahrkomfortkritische Schaltbereiche darstellen, mit
einer geringeren Schaltgeschwindigkeit und einer höheren Schaltkraft
durchfahrbar sind, ohne im Bereich der Antriebseinrichtung eine
aufwändige
Steuerung- und Regelung vorsehen zu müssen.
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Das
bedeutet, dass eine variierende Schaltgeschwindigkeit eines formschlüssigen Schaltelementes
bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung
im Wesentlichen mittels kostengünstig
herstellbarer konstruktiver Mittel bei hohem Fahrkomfort realisiert ist,
die zudem durch einen geringen Bauraumbedarf gekennzeichnet sind
und nur einen kleinen Elektromotor benötigen.
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Bei
einer vorteilhaften Weiterbildung der Vorrichtung nach der Erfindung
ist die betragsmäßige Steigung
der Steuerkurve in Kurvenbereichen, welche zu einem geöffneten
Betriebszustand des formschlüssigen
Schaltelementes zwischen der Schaltstellung und der weiteren Schaltstellung
und zwischen der weiteren Schaltstellung und einer zusätzlichen
Schaltstellung des formschlüssigen
Schaltelementes, während
welcher Getriebewelle miteinander drehfest verbunden sind, äquivalent
sind, größer als in
den anderen Kurvenbereichen der Steuerkurve, womit Schaltzeiten
von mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ausgebildeten Getriebeeinrichtungen im Vergleich zu herkömmlich ausgebildeten
Getriebeeinrichtungen auf einfache und kostengünstige Art und Weise bei gleichzeitig
hohem Fahrkomfort reduzierbar sind oder vordefinierte Schaltzeiten
mit geringerem Aufwand und hohem Fahrkomfort realisierbar sind.
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Die
betragsmäßige Steigung
der Steuerkurve ist bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform
der Vorrichtung nach der Erfindung in Kurvenbereichen, welche jeweils
zu Betriebszustandsverläufen
des formschlüssigen
Schaltelementes äquivalent sind,
während
den im Bereich des formschlüssigen Schaltelementes über das
Bauelement des Schaltelementes jeweils eine drehfeste Verbindung
zwischen zwei der Getriebewellen hergestellt oder gelöst wird,
größer als
in den Kurvenbereichen, die zu den Schaltstellungen des formschlüssigen Schaltelementes äquivalent
sind. Damit ist das formschlüssige Schaltelement
in den Schaltstellungen des formschlüssigen Schaltelementes aufgrund
der betragsmäßig kleineren
Steigung, beispielsweise durch Selbsthemmung, ohne Aufbringen einer
zusätzlichen Haltekraft
haltbar und aufgrund der betragsmäßig größeren Steigung der Steuerkurve
in den Kurvenbereichen, während
welchen im Bereich des formschlüssigen
Schaltelementes über
das Bauelement des Schaltelementes jeweils eine drehfeste Verbindung
zwischen zwei der Getriebewellen hergestellt oder gelöst wird,
eine geringe Schaltgeschwindigkeit bei gleichzeitig großer Schaltkraft,
d. h. mit einer großer
Einrück- oder Auszugskraft,
realisiert.
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Bei
einer konstruktiv einfachen und kostengünstigen Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist das Bauelement des Schaltelementes im Bereich wenigstens einer
Ringnut über
wenigstens ein Bolzenelement mit dem ersten Bauelement und mit dem
zweiten Bauelement der Antriebswandlereinrichtung wirkverbunden,
wobei eine Drehentkopplung zwischen dem Bauelement des Schaltelementes
und dem ersten Bauelement und dem zweiten Bauelement der Antriebswandlereinrichtung
im Bereich zwischen dem Bolzenelement und der Ringnut des Bauelementes
des Schaltelementes darstellbar ist.
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Bei
einer einfach und kostengünstig
herstellbaren Ausführungsform
der Vorrichtung nach der Erfindung ist das zweite Bauelement im
Bereich wenigstens eines Langloches über das wenigstens eine Bolzenelement
mit dem ersten Bauelement und mit dem Bauelement des Schaltelementes
verbunden.
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Während eines
Einspurvorganges eines formschlüssigen
Schaltelementes besteht in ungünstigen
Betriebszuständen
des Schaltelementes die Möglichkeit,
dass das Schaltelement auf Grund einer Zahn-auf-Zahn-Stellung, während der
Klauen des formschlüssigen
Schaltelementes im Bereich ihrer Stirnflächen aneinander anliegen, nicht
in gewünschtem
Umfang geschlossen werden kann. Der Schließvorgang eines formschlüssigen Schaltelementes
ist erst dann möglich,
wenn ein Verdrehen der Klauen der miteinander zu verbindenden Schaltelementhälften zueinander
stattfindet.
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Um
während
solchen Situationen den Antrieb der Antriebseinrichtung nicht abschalten
zu müssen,
ist eine weitere Ausführungsform
der Vorrichtung nach der Erfindung zwischen der Antriebseinrichtung
und der Antriebswandlereinrichtung mit einer Federeinrichtung zur
Zwischenspeicherung von rotatorischer Antriebsenergie der Antriebseinrichtung ausgebildet.
Damit wird die von der Antriebseinrichtung gelieferte mechanische
Leistung im Bereich der Federeinrichtung zwischengespeichert. Wenn
das formschlüssige
Schaltelement, beispielsweise durch Auflösen der Zahn-auf-Zahn-Stellung,
in seinen geschlossenen Betriebszustand überführbar ist bzw. wenn ein Durchschalten
im Bereich des formschlüssigen
Schaltelementes möglich
ist, unterstützt
die im Bereich der Federeinrichtung gespeicherte potentielle Energie
die Antriebseinrichtung beim weiteren Verschieben des Bauelementes
des Schaltelementes, womit eine Schaltzeit trotz der phasenweisen
Verzögerung
möglichst
kurz darstellbar ist.
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Bei
einer konstruktiv einfachen und durch einen niedrigen Montageaufwand
gekennzeichneten Ausgestaltung der Vorrichtung nach der Erfindung
ist die Federeinrichtung zwischen einem von einem Elektromotor der
Antriebseinrichtung antreibbaren Antriebsringelement und dem zweiten
Bauelement der Antriebswandlereinrichtung vorgesehen.
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Um
Schwingungen im Bereich der Federeinrichtung zu vermeiden, weist
die Federeinrichtung bei der vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemä ßen Vorrichtung
in Einbaulage eine Vorspannung auf, zu der im Bereich der Federeinrichtung
erst bei Anliegen einer Betätigungskraft
größer als
eine Schwellkraft potentielle Energie speicherbar ist. Damit wird
im Bereich der Federeinrichtung während Schaltvorgängen, während welchen
im Bereich des formschlüssigen
Schaltelementes ein Durchschalten verzögerungsfrei durchführbar ist
oder während
welchen eine drehfeste Verbindung zwischen den Getriebewellen verzögerungsfrei
gelöst
wird bzw. während
verzögerungsfreien
Ausspurvorgängen
des formschlüssigen
Schaltelementes, keine potentielle Energie in der Federeinrichtung
gespeichert. Dies wird durch eine entsprechend vorgespannte Federeinrichtung
realisiert, in deren Bereich erst ab einer bestimmten Kraft potentielle
Energie gespeichert wird.
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Eine
besonders bauraumgünstige
und durch niedrige Herstellkosten gekennzeichnete Weiterbildung
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
weist zwischen einer Motorausgangswelle des Elektromotors der Antriebseinrichtung
und dem Antriebsringelement eine Getriebeeinrichtung auf, in deren
Bereich eine Rotationsbewegung des Elektromotors ins Langsame übersetzt
wird, womit im Bereich des Elektromotors zur Betätigung des formschlüssigen Schaltelementes
nur kleine Antriebsmomente aufzubringen sind.
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Die
Bauteile der Antriebswandlereinrichtung und des formschlüssigen Schaltelementes
sind bei einer bauraumgünstigen
Weiterbildung der Vorrichtung nach der Erfindung koaxial zueinander
angeordnet und vorzugsweise ineinander gefügt, wodurch die Vorrichtung
insbesondere in axialer Richtung einen geringen Bauraumbedarf aufweist.
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Weitere
Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben
sich aus den Patentansprüchen
und dem unter Bezugnahme auf die Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen
Ausführungsbeispiel.
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Es
zeigt:
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1 eine
stark schematisierte Darstellung einer Vorrichtung zum Betätigen eines
zwischen drei Schaltstellungen umschaltbaren formschlüssigen Schaltelementes
einer Getriebeeinrichtung;
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2 eine
Explosivdarstellung der Vorrichtung gemäß 1;
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3 eine
Teillängsschnittansicht
der Vorrichtung gemäß 1;
und
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4 eine
Teildarstellung einer Abwicklung einer Steuerkurve eines ersten
Bauelementes einer Antriebswandlereinrichtung der Vorrichtung gemäß 1.
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In 1 ist
eine Getriebeeinrichtung 1 mit einer Vorrichtung 2 zum
Betätigen
eines zwischen drei Schaltstellungen S1, S2 und S3 umschaltbaren
formschlüssigen
Schaltelementes mit einer Antriebseinrichtung 4 und einer
in 2 und 3 näher gezeigten Antriebswandlereinrichtung 5 zum
Wandeln einer rotatorischen Antriebsbewegung der Antriebseinrichtung 4 in
eine translatorische Betätigungsbewegung
des formschlüssigen
Schaltelementes 3 dargestellt.
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Über das
formschlüssige
Schaltelement 3 sind sowohl in einer ersten Schaltstellung
S1 und in einer zweiten Schaltstellung S2 jeweils zwei Getriebewellen 6 und 7 bzw. 7 und 8 drehfest
miteinander verbunden, während
in einer dritten Schaltstellung S3 des Schaltelementes 3 die
Getriebewellen 6 und 7 bzw. 7 und 8 voneinander
entkoppelt sind.
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Die
Antriebswandlereinrichtung 5 umfasst ein erstes Bauelement 9 mit
drei über
den Umfang des ersten Bauelementes 9 verteilt angeordneten Steuerkurven 9A und 9B und
ein damit wirkverbundenes zweites Bauelement 10, die über Bolzenelemente 11A und 11B im
Bereich der Steuerkurven 9A und 9B und Langlöchern 10A, 10B des
zweiten Bauelementes 10 mit einem mit der Getriebewelle 7 drehfest
verbundenen und axial verschieblichen Bauelement 12 des
formschlüssigen
Schaltelementes verbunden sind.
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Die
beiden Bauelemente 9 und 10 der Antriebswandlereinrichtung 5 sind über in eine
Ringnut 13 des Bauelementes 12 des formschlüssigen Schaltelementes 3 eingreifende
Bolzenelemente 11A und 11B derart wirkverbunden,
dass zwischen dem Bauelement 12 des formschlüssigen Schaltelementes 3 und
den Bauelementen 9 und 10 der Antriebswandlereinrichtung 5 mit
geringen Reibverlusten eine Differenzdrehzahl darstellbar ist und
eine antriebseinrichtungsseitige rotatorische Relativbewegung zwischen
dem ersten Bauelement 9 und dem zweiten Bauelement 10 in
eine translatorische Bewegung des Bauelementes 12 des Schaltelementes 3 umgewandelt
wird.
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Die
Steuerkurven 9A und 9B des ersten Bauelementes 9 der
Antriebswandlereinrichtung 5 weisen jeweils einen in 4 näher dargestellten
Verlauf auf, der durch in Bezug auf die translatorische Betätigungsbewegung
des Bauteiles 12 des Schaltelementes 3 kurvenabschnittsweise
variierende Steigungen gekennzeichnet ist. Dabei weisen die Steuerkurven 9A, 9B in
zu den Schaltstellungen S1 bis S3 des formschlüssigen Schaltelementes 3 äquivalenten
Kurvenbereichen K1, K2 und K3 jeweils eine betragsmäßig kleinere
Steigung auf als in zu zwischen den Schaltstellungen S1 bis S3 des
formschlüssigen Schaltelementes 3 äquivalenten
Kurvenbereichen K4 bis K7.
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Die
Antriebseinrichtung 4 ist vorliegend mit einem Elektromotor 14 ausgebildet,
dessen rotatorische Antriebsenergie über eine zwischen einer Motorausgangswelle 15 des
Elektromotors 14 der Antriebseinrichtung 4 und
einem Antriebsringelement 16 der Antriebswandlereinrichtung 5 vorgesehene Getriebeanordnung 17,
die vorliegend als Stirnradgetriebe ausgeführt ist, übertragen und ins Langsame übersetzt
wird. Damit besteht auf einfache Art und Weise die Möglichkeit,
den Elektromotor 14 hinsichtlich seiner Drehmomentkapazität bauraum-
und kostengünstig
zu dimensionieren. In Abhängigkeit
des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles besteht auch die Möglichkeit,
die Getriebeanordnung als Schneckengetriebe oder mit einem anderen
geeigneten Getriebe auszuführen.
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Mit
Hilfe der Antriebseinrichtung 4 und dem formschlüssigen Schaltelement 3 der
Vorrichtung 2 sind in der Getriebeeinrichtung 1 zwei
unterschiedliche Verbindungen (Modi) darstellbar. Dies erfolgt durch
die wechselseitige Anbindung der vorliegend eine Abtriebswelle der
Getriebeeinrichtung 1 darstellenden Getriebewelle 7 an
die Getriebewelle 6 oder an die Getriebewelle 8,
die mittels des vorliegend als formschlüssige Klauenkupplung ausgeführten formschlüssigen Schaltelementes 3 miteinander
verbindbar oder voneinander entkoppelbar sind. Das Bauelement 12 bzw.
die Schaltmuffe des formschlüssigen Schaltelementes 3 ist
drehfest und axial beweglich auf der Abtriebswelle 7 angeordnet,
wobei die Schaltmuffe 12 durch die Antriebseinrichtung 4 bzw.
die nachfolgend näher
beschriebene Schaltungsbetätigung
in gewünschtem
Umfang bewegt wird.
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Die
Bauelemente der Antriebswandlereinrichtung 5 und des formschlüssigen Schaltelementes 3 sind
vorliegend koaxial zueinander angeordnet und ineinander gefügt, wodurch
die Vorrichtung 2 in axialer Richtung einen geringen Bauraumbedarf
aufweist und die in axialer Richtung vergleichsweise schmal ausgeführte Ringscheibe
des ersten Bauelementes 9, in der die Steuerkurven 9A und 9B angeordnet sind,
vollständig
ausnutzbar ist.
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Die
axiale Bewegung der Schaltmuffe 12 resultiert bei aktiver
Antriebseinrichtung 4 aus der im Bereich der Schaltmimik
der Antriebswandlereinrichtung 5 vorgesehenen Umwandlung
des Drehantriebes des Elektromotors 14 in eine translatorische
Antriebsbewegung. Die Umwandlung erfolgt durch die entsprechend
gestalteten Steuerkurven 9A und 9B des ersten
Bauelementes 9 der Antriebswandlereinrichtung 5,
das eine gehäusefeste
Hohlwelle der Getriebeeinrichtung 1 darstellt. Die Steuerkurven 9A und 9B verlaufen
schräg
gegenüber
der Umfangsrichtung des ersten Bauelementes 9 entlang einer Schrau benlinie,
womit die Bolzenelemente 11A und 11B bei einer
Verdrehung der Bolzenelemente 11A und 11B gegenüber dem
ersten Bauelement 9 auch ihre axiale Position verändern. Die
Bolzenelemente 11A und 11B werden über das
Antriebsringelement 16 und das damit wirkverbundene zweite
Bauelement 10 bei entsprechendem elektromotorseitigen Antrieb
verschoben.
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Auf
Grund der vorbeschriebenen variierenden Steigung der Steuerkurven 11A und 11B in
den Kurvenabschnitten K1 bis K7 variiert die axiale Stellgeschwindigkeit
der Schaltmuffe 13 über
ihren Schaltweg trotz konstanter Drehgeschwindigkeit des Elektromotors 14.
So weisen die Steuerkurven 9A und 9B in den Kurvenbereichen
K1 und K3 eine betragsmäßig geringe
Steigung auf, um die Schaltmuffe 13 in den Schaltstellungen
S1 und S2, in welchen das formschlüssige Schaltelement 3 jeweils
eine drehfeste Verbindung zwischen den Getriebewellen 6 und 7 bzw. 7 und 8 herstellt,
um eine Selbsthemmung zu erreichen und die Schaltmuffe 13 ohne
zusätzliches Aufbringen
einer Haltekraft in der ersten oder zweiten Schaltstellung S1 oder
S2 des formschlüssigen Schaltelementes 3 halten
zu können.
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Dabei
besteht die Möglichkeit,
die Steigung der Steuerkurven 9A und 9B in den
Kurvenbereichen K1 und K3 innerhalb der schraffiert dargestellten
Bereiche B1 bzw. B3 zu variieren, um das Bauelement 12 des
formschlüssigen
Schaltelementes 3 in seiner ersten Schaltstellung S1 oder
in seiner zweiten Schaltstellung S2 ohne zusätzliche Haltekraft halten zu
können.
Dabei stellen die Grenzen der Steigungsbereiche B1 und B3 jeweils
eine negative Steigung bzw. eine Aufweitung dar, um Klauen des formschlüssigen Schaltelementes 3 beispielsweise
durch eine Hinterschneidung in der jeweiligen Schaltstellung S1 oder
S2 zu halten.
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Die
Kurvenbereiche K4 bzw. K7 sind jeweils mit einer betragsmäßig größeren Steigung
als in den Kurvenbereichen K1 und K3 jedoch mit einer kleineren
Steigung als in den Kurvenbereichen K5 und K6 ausgeführt, um
eine geringe axiale Betätigungsgeschwindigkeit
des Bauelementes 12 des formschlüssi gen Schaltelementes 3 bei
einer gleichzeitig großen
Betätigungskraft
darstellen zu können.
Die Kurvenbereiche K4 und K7 sind jeweils zu Betriebszustandsverläufen des
formschlüssigen
Schaltelementes 3 äquivalent,
während
welchen Klauen 19, 20 des formschlüssigen Schaltelementes 3 mit
Klauen 21 der Getriebewelle 6 bzw. Klauen 22 der
Getriebewelle 8 in Eingriff oder aus dem Eingriff geführt werden. Insbesondere
bei einem Lösen
einer formschlüssigen
Verbindung im Bereich des formschlüssigen Schaltelementes 3 ist
auf Grund der gewählten
Steigung der Steuerkurven 9A und 9B jeweils eine
große Auszugskraft
zur Verfügung
stellbar.
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Die
Kurvenbereiche K5 und K6 stellen vorliegend so genannte Verfahrbereiche
des Bauelementes 12 des formschlüssigen Schaltelementes 3 dar und
sind zu Betriebszuständen
des formschlüssigen Schaltelementes 3 äquivalent,
während
welchen das formschlüssige
Schaltelement 3 geöffnet
ist. Da die Kurvenbereiche K5 und K6 im Vergleich zu den Kurvenbereichen
K1, K2, K3, K4 und K7 jeweils mit einer größeren Steigung ausgeführt sind,
ist eine Schaltung innerhalb einer gewünschten kurzen Schaltzeit durchführbar.
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Der
zu der dritten Schaltstellung S3 des formschlüssigen Schaltelementes 3 äquivalente
Kurvenbereich K2 ist wiederum in Bezug auf die Kurvenbereiche K5
und K6 mit einer betragsmäßig kleineren Steigung
ausgebildet, um den Elektromotor 14 während der Synchronisierung
zum Beispiel durch einen Antriebsmotor des formschlüssigen Schaltelementes 3 nicht
anhalten zu müssen.
Dies resultiert aus der Tatsache, dass die dritte Schaltstellung
S3 des formschlüssigen
Schaltelementes 3 die Neutralstellung bzw. den Neutralbetriebszustand
des formschlüssigen
Schaltelementes 3 darstellt, zu dem weder die Getriebewelle 6 noch
die Getriebewelle 8 mit der Getriebewelle 7 verbunden
ist und der über
die geringe Steigung des Kurvenbereiches K2 und somit durch eine
geringe Schaltgeschwindigkeit des Bauelementes 12 des formschlüssigen Schaltelementes 3 über einen
im Verhältnis
zu den Schaltzeitabschnitten zwischen den Schaltstellungen S1 und
S3 bzw. S2 und S3 langen Zeitabschnitt aufrechterhalten wird.
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Der
in 4 dargestellte Verlauf der Steuerkurve 9A bzw.
der Steuerkurve 9B weist in Bezug auf eine Symmetrielinie
S einen qualitativ analogen Verlauf für jede Schaltseite des formschlüssigen Schaltelementes 3 auf,
wobei jedoch eine quantitative Anpassung des Kurvenverlaufes der
Steuerkurven 9A und 9B an verschiedene Klauengeometrien
des formschlüssigen
Schaltelementes 3 und der Getriebewellen 6 und 8 möglich ist.
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Die Übertragung
des rotatorischen Antriebs des Elektromotors 14 zwischen
von dem Antriebsringelement 16 und auf das zweiten Bauelement 10 der Antriebswandlereinrichtung 5 erfolgt über eine
vorgespannte Federeinrichtung 18, wobei eine rotatorische Relativbewegung
zwischen dem Antriebsringelement 16 und dem zweiten Bauteil 10 ab
einer Betätigungskraft
größer als
eine vordefinierte Schwellkraft zu einer Veränderung der potentiellen Energie
der Federeinrichtung 18 führt. Auf Grund der Vorspannung
der Federeinrichtung 18 ist eine die Schwellkraft übersteigende
Betätigungskraft
erforderlich, um das zweite Bauteil 10 gegenüber dem
Antriebsringelement 16 zu verdrehen und im Bereich der
Federeinrichtung 18 zu speichern.
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Ist
beispielsweise ein Durchschalten im Bereich des formschlüssigen Schaltelementes 3 auf Grund
einer Zahn-auf-Zahn-Stellung bzw. auf Grund eines Aufeinandertreffens
der Klauen 19 oder 20 des formschlüssigen Schaltelementes 3 mit
den Klauen 21 bzw. 22 der Getriebewelle 6 oder
der Getriebewelle 8 zunächst
nicht möglich,
wird die vom Elektromotor 14 ins Systemeingebrachte rotatorische
Antriebsenergie im Bereich der Federeinrichtung 18 zwischengespeichert.
Löst sich
die die Durchschaltung im Bereich des formschlüssigen Schaltelementes 3 verhindernde
Blockade im Bereich des formschlüssigen
Schaltelementes 3 beispielsweise durch eine für die Durchschaltung
erforderliche Differenzdrehzahl zwischen den Schaltelementhälften des
formschlüssigen
Schaltelementes 3 auf, unterstützt die im Bereich der Federeinrichtung 18 gespeicherte
potentielle Energie den Elektromotor 14 beim Beschleunigen der
Schiebemuffe 12, wodurch die Schaltzeit des formschlüssigen Schaltelementes 3 kurz
gehalten wird.
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Darüber hinaus
werden durch die Vorspannung der Federeinrichtung 18 sowie
der Reibung gegenüber
dem zweiten Bauteil 10 bzw. dem Stellring der Antriebswandeleinrichtung 5 und
der Federeinrichtung 18 auf einfache Art und Weise die
Funktionsweise der Vorrichtung 2 beeinträchtigende
Schwingungen zwischen dem zweiten Bauteil 10 und dem Antriebsringelement 16 bei
unbehindert ablaufenden Schaltungen verhindert.
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Grundsätzlich ist
die Vorrichtung nach der Erfindung durch einen geringen axialen
Bauraumbedarf gekennzeichnet und Schaltungen eines formschlüssigen Schaltelementes
sind innerhalb gewünscht
kurzer Schaltzeiten mit einem kleinen Elektromotor durchführbar. Zusätzlich ist
die erfindungsgemäße Vorrichtung
durch eine geringe Teileanzahl gekennzeichnet und daher kostengünstig herstellbar. Des
Weiteren sind aufwändige
Prüfstanderprobungen
und -abstimmungen einer mit der Vorrichtung ausgebildeten Getriebeeinrichtung
durch kostengünstigere
Simulationen vermeidbar, während
welchen jeweils eine Abstimmung der Betriebs- und Bauteilparameter
durchgeführt
wird.
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- 1
- Getriebeeinrichtung
- 2
- Vorrichtung
- 3
- formschlüssiges Schaltelement
- 4
- Antriebseinrichtung
- 5
- Antriebswandlereinrichtung
- 6
bis 8
- Getriebewelle
- 9
- erstes
Bauelement
- 9A,
9B
- Steuerkurve
- 10
- zweites
Bauelement
- 10A,
10B
- Langloch
- 11A,
11B
- Bolzenelement
- 12
- Bauelement
des formschlüssigen Schaltelementes
- 13
- Ringnut
des formschlüssigen
Bauelementes
- 14
- Elektromotor
- 15
- Motorausgangswelle
- 16
- Antriebsringelement
- 17
- Getriebeanordnung
- 18
- Federeinrichtung
- 19,
20, 21, 22
- Klauen
- B1,
B3
- Steigungsbereich
- K1
bis K7
- Kurvenbereich
der Steuerkurve
- S
- Symmetrielinie
- S1
bis S3
- Schaltstellung
des formschlüssigen
Schaltelementes