-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Aktorbaugruppe für die Gangwahl in einem Fahrzeuggetriebe insbesondere nach dem Obergriff des Anspruchs 1.
-
Eine gattungsgemäße Aktorbaugruppe umfasst unter anderem eine Betätigereinheit, die mehrere Betätigungselemente zur Einwirkung auf Schaltmittel des Getriebes aufweist, sowie eine Aktoreinheit mit mindestens einem verstellbar gelagertem Aktorelement, das auf ein elektrisches Steuersignal hin verstellt werden kann, um das Einlegen eines neuen Ganges durch Einwirken auf wenigstens ein Betätigungselement der Betätigereinheit zu bewirken. Die Schaltmittel umfassen beispielsweise ein Schaltgestänge mit einer Schaltgabel oder mehreren Schaltgabeln, so dass mittels der Schaltmittel zum Einlegen eines Ganges eines von mehreren Losräder des Fahrzeuggetriebes wahlweise einkoppelt und drehfest mit einer Welle des Getriebes verbunden werden kann.
-
Eine derartige Aktorbaugruppe wird beispielsweise für Planetensatz Automatikgetriebe, automatisierte Schaltgetriebe und insbesondere bei Doppelkupplungsgetrieben eingesetzt. In automatisierten Schaltgetrieben und insbesondere Doppelkupplungsgetrieben sind mehrere Losräder frei drehbar auf einer Getriebewelle angeordnet und jeweils ein Zahn-/Losrad wird beim Einlegen eines Ganges formschlüssig mit einer Welle des Getriebes, also beispielsweise einer Getriebewelle oder einer Vorgelegewelle verbunden. Das Einlegen eines Ganges erfolgt über eine Schaltgabel, die üblicherweise neben der jeweiligen Welle angeordnet und in Richtung der Wellenmittelachse verschiebbar ist. Diese Schaltgabel greift in eine auf der Welle mitrotierenden Schaltmuffe ein. Aus einer Mittellage kann diese Schaltmuffe in der Regel über die Schaltgabel zu beiden Seiten verschoben werden, wo diese nach einem Synchronisierungsvorgang mit jeweils einem der beiden benachbarten Losrädern formschlüssig in Eingriff gebracht werden. Aus dieser Anordnung ergibt sich, dass mit einer Schaltgabel jeweils zwei Gänge anwählbar sind, getrennt durch eine Mittellage, in der kein Gang ausgewählt ist. Entsprechend müssen z. B. für ein Vierganggetriebe zwei Schaltgabeln eingesetzt werden, wobei dafür Sorge getragen werden muss, dass nur ein Gang eingelegt sein kann und sich die zweite Schaltgabel in Mittelstellung befindet.
-
In automatisierten Schaltgetrieben und Doppelkupplungsgetrieben werden die Schaltungen zwischen den einzelnen Gängen über Aktoreinheiten realisiert. Bei gängigen Ausführungen weisen diese elektromotorische oder hydraulische Antriebe auf, die in einer zumeist linearen Übersetzungsfunktion die zugeordnete Schaltgabel zum Wechseln der Gänge in axialer Richtung verschieben. Je nach Ausführungsform kann dabei eine elektromechanische Aktoreinheit sämtliche zu einem Teilgetriebe gehörigen Schaltgabeln betätigen (sequentielles Getriebe) oder die betreffende Schaltgabel über einen Wahlaktor ausgewählt und über einen Schaltaktor die Schaltung ausgeführt (sogenanntes „Active lnterlock“).
-
Allen derartigen elektromotorischen Systemen gemein ist die Eigenschaft, dass die Energie, die für den Schaltvorgang erforderlich ist, zeitgleich durch den elektrischen Antrieb zur Verfügung gestellt werden muss.
-
Des Weiteren sind hydraulisch arbeitende Aktorbaugruppen für automatisierte Fahrzeuggetriebe bekannt, die mit einem hydraulischen Speichervolumen ausgestattet sind. Über Gasdruck und/oder Federdruck wird das eingeschlossene Volumen unter Druck gehalten und über ein Pumpenaggregat kontinuierlich oder intermittierend nachgefüllt. Im Falle des Schaltvorgangs drückt die Feder- oder Gasvorspannung die Hydraulikflüssigkeit über ein hydraulisches Ventil in einen Hydraulikzylinder, der die Schaltgabel verschiebt. Durch spezifische Eigenschaften der Hydraulik, wie z.B. Leckage an den Ventilspalten sowie Regelung der Neutrallage der Zylinder durch Proportionalventiltechnik, ist es nötig, dass dem System auch in Ruhephasen ständig oder zumindest wiederkehrend Energie zugeführt werden muss. So ist es z.B. notwendig, über das Pumpenaggregat ständig Leckage auszugleichen, die am Regelglied, dem Hydraulikventil, entsteht. Das Hydraulikventil ist üblicherweise als Proportionalventil ausgeführt, da in Neutralstellung in der Mitte zwischen zwei Gängen keine Zylinderendlage vorliegt und diese Position aufwändig eingeregelt werden muss. Dies bringt wiederum Energieeintrag am Regelglied und hydraulische Leckageströme am Ventil mit sich.
-
Gerade hydraulisch arbeitende Systeme sind unter Umständen aber anfällig für Ausfälle oder Beeinträchtigung der Getriebefunktion infolge von Verschmutzungen der Hydraulikflüssigkeit oder infolge von Temperaturschwankungen. Zudem ist bei den bisher bekannten Systemen, eine Erhöhung der Dynamik beim Schaltvorgang regelmäßig nur durch eine Erhöhung der installierten Leistung für die jeweilige Aktorbaugruppe und insbesondere darin vorgesehener Antriebe möglich. Dies ist jedoch mit einer Gewichtsvergrößerung und erhöhten Kosten verbunden.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Nachteile zu überwinden oder zumindest zu minimieren und eine verbesserte Aktorbaugruppe der eingangs genannten Art bereitzustellen.
-
Diese Aufgabe wird sowohl mit einer Aktorbaugruppe des Anspruchs 1 als auch einer Aktorbaugruppe des Anspruchs 13 gelöst.
-
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Aktorbaugruppe vorgeschlagen, die eine Betätigereinheit mit jeweils einzeln verschwenkbar gelagerten Betätigungselementen und mindestens ein Wahlelement aufweist, wobei das Wahlelement
- – mehrere Schaltabschnitte zur Einwirkung auf die verschwenkbar gelagerten Betätigungselemente aufweist,
- – mittels des Aktorelements axial entlang einer Aktorachse verstellbar ist und
- – um die Aktorachse drehbar ist.
-
Dabei ist das Wahlelement drehbar, um bei einer durch das Aktorelement ausgelösten Verstellung entlang der Aktorachse über einen bestimmten Schaltabschnitt auf wenigstens eines – durch vorherige Drehung des Wahlelements zuvor ausgewähltes – Betätigungselement einzuwirken, so dass dieses Betätigungselement verschwenkt und hierdurch über die Schaltmittel ein bestimmtes Losrad eingekoppelt wird.
-
Eine erfindungsgemäße Aktorbaugruppe übersetzt damit eine einfach zu steuernde lineare Verstellbewegung eines Aktorelements in eine gezielte Schwenkbewegung eines vorausgewählten Betätigungselements oder mehrerer vorausgewählter Betätigungselemente, wenn ein bestimmter (anderer) Gang – vorzugsweise automatisiert – eingelegt werden soll. Das Wahlelement, beispielsweise in Form einer Wahltrommel, ist somit vorzugweise um die Aktorachse drehbar, bevor es axial verstellt wird, um einen anderen Gang einzulegen. Die axiale Verstellung des Aktorelements erfolgt bevorzugt mithilfe eines ersten elektromotorischen Antriebs, während die Drehung des Wahlelements zur Auswahl des oder der zu betätigenden Betätigungselemente über einen zweiten elektromotorischen Antrieb vorgenommen und gesteuert wird.
-
Dabei können über die Wechselwirkung des linear zu verstellenden Wahlelementes mit einem oder mehreren verschwenkbaren Betätigungselementen und der weiteren Wechselwirkung eines zu verschwenkenden Betätigungselements mit einer zugeordneten, üblicherweise ebenfalls linear verstellbaren Schaltstange unterschiedlichste Schaltcharakteristiken in einfacher Weise vorgegebenen werden. Hierfür kann beispielsweise eine jeweilige Schaltkontur, über die einzelne Elemente während des Schaltens miteinander mechanisch in Kontakt gebracht werden, entsprechend ausgestaltet sein.
-
Vor diesem Hintergrund ist in einem Ausführungsbeispiel auch vorgesehen, dass wenigstens ein Schaltabschnitt des Wahlelements eine Schaltkontur definiert, die den Ablauf einer Schwenkbewegung eines Betätigungselements beeinflusst. Folglich kann hier beispielsweise der maximal zurückgelegte Verstellweg durch die Schaltkontur vorgegeben sein und/oder kann durch die Schaltkontur die Schwenkbewegung in unterschiedliche Bewegungsphasen unterteilt sein. In derartigen Bewegungsphasen können sich beispielsweise die von dem Betätigungselement jeweils überstrichenen Schwenkwinkel je Zeiteinheit und/oder eine von dem Betätigungselement weitergeleitete Betätigungskraft unterscheiden, so dass eine Verstellgeschwindigkeit des Betätigungselements und/oder hiervon an ein Schaltmittel übertragene Betätigungskraft während einer Schwenkbewegung variiert.
-
In einer Weiterbildung definiert ein Schaltabschnitt eine Schaltkontur, über die ein Betätigungselement im Wirkkontakt mit dem Wahlelement
- – zum Einlegen eines Ganges aus einer Neutralstellung in eine Betätigungsstellung verschwenkt wird oder
- – in einer Neutralstellung gehalten wird oder
- – aus einer Betätigungsstellung in eine Neutralstellung verschwenkt wird.
-
Grundsätzlich wird es insbesondere in diesem Zusammenhang bevorzugt, wenn die Betätigungselemente um ihre jeweilige Schwenkachse aus einer Neutralstellung entlang zueinander entgegengesetzter Betätigungsrichtungen schwenkbar sind. Je nach gewählter Drehposition des Wahlelements vor seiner axialen Verschiebung zum Einlegen eines bestimmten Ganges kann somit ein bestimmtes Betätigungselement also wahlweise durch das Wahlelement aus einer Neutralstellung in die eine oder andere Betätigungsrichtung geschwenkt werden, um hierdurch ein Einkoppeln des einen oder anderen Losrades zu erreichen.
-
In einer entsprechenden Ausführungsvariante können auch mehrere Schaltabschnitte mit unterschiedlichen Schaltkonturen an dem Wahlelement vorgesehen sein. Derart kann einem bestimmten Betätigungselement durch Drehung des Wahlelements ein Schaltabschnitt von mehreren unterschiedlichen Schaltabschnitten zur Wechselwirkung vorgegeben werden, wenn das Wahlelement zum Einlegen eines Ganges axial verstellt wird. Jeder Schaltabschnitt kann dann dem Betätigungselement eine andere Schaltbewegung aufzwingen.
-
In einer Ausführungsvariante kann das Wahlelement über wenigstens zwei Schaltabschnitte gleichzeitig auf wenigstens zwei Betätigungselemente einwirken. Hierdurch kann zum Beispiel in einfacher Weise sichergestellt werden, dass zwei oder mehr Betätigungselementen eines Teilgetriebes eines Doppelkupplungsgetriebes in den gewünschten Stellungen vorliegen, wenn über die Aktoreinheit eine Verstellung des Wahlelements erfolgt. So würde beispielsweise erreicht, dass bei Auslösen der Aktoreinheit zum Einlegen eines neuen Ganges an dem unbelasteten Teilgetriebe, eine Schaltgabel zum Einkoppeln des gewünschten Losrades verstellt wird, gleichzeitig aber über die mindestens eine weitere Schaltgabel für dasselbe Teilgetriebe so verstellt werden, dass die zugehörigen Schaltmuffen in einer neutralen Mittenstellung vorliegen, bevor der gewünschte Gang eingelegt wird.
-
Dementsprechend ist auch in einer Ausführungsvariante vorgesehen, dass das Wahlelement und die Betätigungselemente derart ausgebildet und zueinander angeordnet sind, dass über das Wahlelement gleichzeitig wenigstens ein erstes Betätigungselement aus seiner Neutralstellung oder gegenüberliegenden Betätigungsstellung in eine (andere) Betätigungsstellung und wenigstens ein zweites Betätigungselement aus einer Betätigungsstellung in eine Neutralstellung verschwenkt werden können. Dabei korrespondiert eine Betätigungsstellung eines Betätigungselements beispielsweise mit einer einkoppelnden Stellung einer Schaltgabel und einer zugehörigen Schaltmuffe sowie eine Neutralstellung eines Betätigungselements mit einer neutralen Mittenstellung der Schaltgabel und der zugehörigen Schaltmuffe, in der hierüber kein Losrad drehfest mit einer Vorgelegewelle verbunden ist.
-
Das Wahlelement kann ferner aus einer Wahlstellung, in der das Wahlelement drehbar ist, ohne ein Betätigungselement zu verschwenken, entlang der Aktorachse in eine Schaltstellung verstellbar sein, wobei das Wahlelement und die Betätigungselemente derart ausgebildet sind, dass ein durch einen Schaltabschnitt verschwenktes Betätigungselement durch den jeweiligen Schaltabschnitt in der eingenommenen Stellung formschlüssig gehalten ist, solange sich das Wahlelement in seiner Schaltstellung befindet. Das Wahlelement und die Betätigereinheit sind hier vorzugsweise so ausgebildet und zueinander angeordnet, dass das Wahlelement in seiner Wahlstellung – vor Betätigung der Aktoreinheit zum Einlegen eines Ganges – nicht mit einem Betätigungselement der Betätigereinheit in Wirkverbindung steht, nach seiner axialen Verschiebung entlang der Aktorachse aber formschlüssig mit wenigstens einem durch das Wahlelement verschwenkten Betätigungselement verbunden ist und solange bleibt, bis das Wahlelement wieder in seine Wahlstellung verstellt wurde.
-
Für das Einwirken des Wahlelements auf ein Betätigungselement sind unterschiedliche geometrische Ausführungen des Wahlelements denkbar.
-
In einer Ausführungsvariante weist das Wahlelement beispielsweise wenigstens einen Schaltabschnitt auf, der zumindest teilweise bezüglich der Aktorachse radial an dem Wahlelement vorsteht. Hierunter kann verstanden werden, dass der Schaltabschnitt radial nach innen, in Richtung der Aktorachse und/oder radial nach außen, von der Aktorachse weg an dem Wahlelement vorsteht. Wenigstens ein Betätigungselement kann hier ein Schaltmaul aufweisen, mit dem ein radial vorstehender Bereich eines Schaltabschnitts in Wirkkontakt gebracht werden kann, um das jeweilige Betätigungselement zu verschwenken.
-
In einer anderen Ausführungsvariante ist eine Schaltkontur eines Schaltabschnitts durch eine Schaltöffnung definiert, in die ein Schaltarm eines Betätigungselements eingreifen kann. Die Schaltöffnung kann hierfür im Querschnitt beispielsweise V-förmig oder Y-förmig sein. Auch können, wie zuvor erwähnt, unterschiedliche Schaltabschnitte vorgesehen sein, von denen wenigstens ein Schaltabschnitt eine V-förmige und wenigstens ein anderer Schaltabschnitt eine Y-förmige Schaltöffnung aufweisen.
-
In einer Ausführungsvariante umfasst die Aktoreinheit ferner eine mechanische Energiespeichereinrichtung umfasst, die auf das elektrische Steuersignal hin eine Verstellkraft zur Verstellung des Aktorelements freigegeben kann, um einen neuen Gang einzulegen. Dabei ist die Aktorbaugruppe so aufgebaut, dass eine Verstellrichtung des Aktorelements zum Laden der Energiespeichereinrichtung und eine Verstellrichtung des Aktorelements zum Einlegen eines neuen Gangs zueinander entgegensetzt entlang einer Aktorachse verlaufen. Das Aktorelement ist somit bevorzugt ausschließlich translatorisch entlang einer Aktorachse verstellbar, wobei je nach Verstellrichtung eine Energiespeichereinrichtung geladen oder eine Verstellkraft zum Einlegen eines Ganges ausgeübt wird.
-
Ein zweiter Erfindungsaspekt, der ohne Weiteres mit dem zuvor erläuterten ersten Erfindungsaspekt kombiniert werden kann, sieht eine Aktorbaugruppe nach dem Anspruch 13 vor, in der die Aktoreinheit eine mechanische Energiespeichereinrichtung umfasst, die auf das elektrische Steuersignal hin eine Verstellkraft zur Verstellung des Aktorelements freigeben kann, um einen neuen Gang einzulegen, und die mindestens ein drehbares Verstellelement zur Aufladung der Energiespeichereinrichtung und Verstellung des Aktorelements in seine Ruhelage aufweist.
-
Durch die Bereitstellung einer mechanischen Energiespeichereinrichtung kann die Leistungsdynamik einer Aktorbaugruppe in einfacher Weise angepasst werden, da für die Bereitstellung einer im Bedarfsfall freizusetzenden Energie und damit Verstellkraft auf ein Aktorelement, um einen gewünschten Gang einzulegen, eine Antriebseinrichtung der Aktorbaugruppe mit einer geringeren Leistung ausgelegt werden kann als eine Antriebseinrichtung, die selbst die Verstellkraft zum Verstellen des Aktorelements aufbringen müsste.
-
Das Verstellelement, dass zum Laden der Energiespeichereinrichtung gedreht wird, ist vorzugsweise um die Aktorachse drehbar oder um eine hierzu senkrechten Achse. Im zuerst genannten Fall kann das Verstellelement beispielsweise eine Kulissentrommel mit einer vorzugsweise zentralen Durchgangsöffnung umfassen, durch die das Aktorelement verschieblich ist. Im zuletzt genannten Fall kann das Verstellelement eine drehbare Nockenscheibe oder einen drehbaren Nocken umfassen.
-
Bevorzugt ist das Verstellelement über eine elektromotorische Antriebseinrichtung drehbar, um die Energiespeichereinrichtung aufzuladen, z.B. durch Spannen eines Federelements der Energiespeichereinrichtung.
-
Durch Drehung des Verstellelements kann die Energiespeichereinrichtung aber nicht nur aufladbar, sondern auch entladbar und damit eine Verstellkraft zur Verstellung des in seiner Ruhelage befindlichen Aktorelements freigebbar sein. Derart kann sowohl das Aufladen der Energiespeichereinrichtung als auch deren Entladen und damit das Auslösen der Aktoreinheit, um einen bestimmten (anderen) Gang an dem Fahrzeuggetriebe einzulegen, über eine Drehung des Verstellelements steuerbar sein.
-
In möglichen Ausführungsvarianten wirkt das Verstellelement mit wenigstens einem Koppelelement des Aktorelements zusammen, relativ zu dem das Verstellelement drehbar ist, um die Energiespeichereinrichtung aufzuladen und das Aktorelement in seine Ruhelage zu verstellen, bevor ein Gangwechsel erfolgt. Bei dem Koppelelement handelt es sich beispielsweise um einen Rollkörper, z.B. in Form einer drehbar an dem Aktorelement gelagerten Laufrolle. Ein solcher Rollkörper liegt in einer Ausführungsvariante an einer Lauffläche einer Kulissenführung eines relativ zu dem Aktorelement um die Aktorachse drehbar gelagerten Verstellelements an, wobei die Lauffläche der Kulissenführung derart ausgebildet ist, dass durch Drehung des Verstellelements und das dadurch bewirkte Abrollen des Rollkörpers auf der Lauffläche das Aktorelement entlang der Aktorachse in Richtung seiner Ruhelage verstellt wird. Die Kulissenführung verläuft hierfür beispielsweise zumindest teilweise spiralförmig um die Aktorachse, entlang der das Aktorelement verstellbar ist. Dabei wird durch Verstellung des Aktorelements in Richtung seiner Ruhelage auch ein vorzugsweise hiermit gekoppeltes Wahlelement, über das gezielt auf wenigstens ein bestimmtes Betätigungselement der Betätigereinheit eingewirkt werden kann, verstellt und aus Eingriff mit der Betätigereinheit gebracht. Das Aktorelement ist hierbei mit seinem wenigstens einen Koppelelement gegen eine Verdrehung um die Aktorachse gesichert.
-
Über Abschnitte der Kulissenführung kann hierbei eine Lade-, Halte- und/oder Entladecharakteristik der Energiespeichereinrichtung vorgegeben sein. So variiert z.B. je nach Verlauf einer Lauffläche der Kulissenführung gegen die ein Rollkörper des Aktorelements gedrückt wird, die für das Laden der mechanischen Energiespeichereinrichtung aufzubringende Kraft einer Antriebseinrichtung, wie auch der Verlauf der Verstellbewegung des Aktorelements bei Freigeben der gespeicherten Energie, wenn dessen Rollkörper auch hierbei auf der Lauffläche abrollt.
-
In einer vorteilhaften Ausführungsform weist das Verstellelement wenigstens einen Abschnitt auf, an dem das Koppelelement form- und/oder reibschlüssig gehalten ist, wenn die Energiespeichereinrichtung (maximal) aufgeladen ist. Das Verstellelement weist hier folglich wenigstens einen Abschnitt auf, über den die Energiespeichereinrichtung in einem geladenen Zustand gehalten ist, ohne dass hierfür der Energiespeichereinrichtung zusätzliche Energie zugeführt werden muss. Die Energiespeichereinrichtung beharrt vielmehr in dem aufgeladenen Zustand. Beispielsweise verharrt hierfür das Koppelelement des Aktorelements an dem drehbaren Verstellelement in einer eingenommenen Position, insbesondere durch Ein- oder Verrasten in der Kulissenkontur, so dass das Aktorelement in seiner Ruhelage verbleibt, wenn die Energiespeichereinrichtung maximal geladen ist und das Verstellelement nicht mehr weiter gedreht wird.
-
Bevorzugt wird das Aktorelement mithilfe des Verstellelements gegen eine von einem Federelement der Energiespeichereinrichtung aufgebrachte Rückstellkraft in eine Ruhelage verschoben, um die Energiespeichereinrichtung aufzuladen. Die Energiespeichereinrichtung weist hierbei folglich wenigstens einen Federkraftspeicher auf, um durch eine Drehbewegung des Verstellelements wenigstens eine Feder vorzuspannen und damit Energie für eine spätere Betätigung der Aktoreinheit zum Einlegen und ggf. Wechseln eines Ganges einzuspeichern. Das Laden der Energiespeichereinrichtung, z.B. durch Spannen wenigstens einer Feder, wird hierbei durch eine elektronische Steuereinheit derart gesteuert, dass dies jeweils in einem Betriebszustand des Getriebes erfolgt, in dem – zumindest kurzzeitig – kein Gangwechsel nötig ist, so dass die gespeicherte Energie zum Auslösen der Aktoreinheit und Verstellen des Aktorelements zur Verfügung steht, wenn ein neuer Gang einzulegen ist.
-
Wie bereits einleitend angeklungen, wird eine erfindungsgemäße Aktorbaugruppe bevorzugt für die Gangwahl in einem automatisierten Schaltgetriebe, insbesondere in einem Doppelkupplungsgetriebe eingesetzt und ist dementsprechend hierfür ausgebildet und vorgesehen. Dabei können das Wahlelement und die Betätigungselemente in einer Ausführungsvariante derart ausgebildet und zueinander angeordnet sein, dass das Wahlelement gleichzeitig auf wenigstens zwei Betätigungselemente einwirken kann, die demselben von zwei Teilgetrieben des Doppelkupplungsgetriebes zugeordnet sind.
-
Eine erfindungsgemäße Aktorbaugruppe kann ferner zum Bremsen und Kuppeln von Planetenradsätzen eines Wandlerautomatikgetriebes eingesetzt werden.
-
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden bei der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren deutlich werden.
-
Hierbei zeigen:
-
1A–1C ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Aktorbaugruppe in verschiedenen Ansichten und Stellungen einer Aktoreinheit;
-
2 eine geschnittene Ansicht eines gegenüber den 1A–1C ergänzten Ausführungsbeispiels einer Aktorbaugruppe ohne Darstellung einer Betätigereinheit, über die Schaltmittel betätigbar sind, um eines von mehreren Losrädern eines Fahrzeuggetriebes wahlweise einzukoppeln und drehfest mit einer Welle des Getriebes zu verbinden;
-
3A–3D die Aktorbaugruppe der 2 in unterschiedlichen Stellungen eines Aktorelements der Aktoreinheit;
-
4A–4B Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Aktorbaugruppe zusammen mit hierüber verstellbaren Schaltgabeln als Schaltmitteln;
-
5 eine Schnittdarstellung der Aktorbaugruppe der 4;
-
6A–6B Schnittdarstellungen der Aktorbaugruppe der 5 in unterschiedlichen Stellungen beim Einlegen eines neuen Ganges mithilfe der Aktoreinheit;
-
6C eine weitere Schnittdarstellung der Aktorbaugruppe der 5 mit Darstellung einer weiteren Schaltkontur an einem Schaltabschnitt zum Betätigen eines Betätigungselements der Betätigereinheit;
-
7A–7B die Aktorbaugruppe der 4 bis 6C in perspektivischer Ansicht und in unterschiedlichen Stellungen der Aktoreinheit;
-
8 eine ausschnittsweise Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Doppelkupplungsgetriebes mit einer Aktorbaugruppe der 4 bis 6C;
-
9 eine schematische Darstellung eines Doppelkupplungsgetriebes, bei dem eine erfindungsgemäße Aktorbaugruppe eingesetzt werden kann, um die unterschiedlichen möglichen Gänge vorzuwählen.
-
In der 9 ist schematisch ein Doppelkupplungsgetriebe DK, G bestehend aus einer Doppelkupplungseinheit DK und einer Getriebeeinheit G dargestellt. Über das Doppelkupplungsgetriebe DK, G wird ein Antriebsmoment einer Motorwelle MW an einer mit den Rädern des Fahrzeugs gekoppelten Getriebeausgangswelle GAW bereitgestellt. Hierbei wird die Motordrehzahl auf die Drehzahl der Antriebsräder übersetzt.
-
Ein Doppelkupplungsgetriebe DK, G ist eine Variante eines sogenannten automatisierten Schaltgetriebes und weist zwei Teilgetriebe TG1 und TG2 auf. Jedes Teilgetriebe TG1, TG2 weist eine über die Doppelkupplungseinheit DK mit der Motorwelle MW koppelbare Getriebewelle GW1 oder GW2 auf sowie eine Vorgelegewelle L1 oder L2. Eines der Teilgetriebe TG1, TG2 trägt die geraden Gänge (in der 2 das Teilgetriebe TG2 mit den Gängen 2, 4 und 6), während das andere Teilgetriebe TG1 die ungeraden Gänge, vorliegend die Gänge 1, 3 und 5 sowie üblicherweise auch den Rückwärtsgang (in der 9 nicht dargestellt) trägt. Bei eingelegtem ersten Gang ist über eine erste Kupplung K1 der Doppelkupplungseinheit DK beispielsweise die Getriebewelle GW1 mit der Motorwelle MW gekoppelt und überträgt ein Antriebsmoment über eine erste Zahnradpaarung an die Vorgelegewelle L1 des ersten Teilgetriebes TG1 und hierüber an die Getriebeausgangswelle GAW.
-
Um nun zwischen den einzelnen Gängen zu wechseln, sind Schaltmittel mit in der 9 schematisch angedeuteten Schaltmuffen SM1, SM2, SM5 und SM6 vorgesehen. Diese Schaltmuffen SM1, SM2, SM5 und SM6 dienen dem Einkoppeln eines auf der Vorgelegewelle L1 oder L2 angeordneten Losrades, sodass dieses dann drehfest mit der jeweiligen Vorgelegewelle L1 oder L2 verbunden und somit hierüber ein Antriebsmoment an die Getriebeausgangswelle GAW weitergeleitet werden kann. Eine Schaltmuffe SM1, SM2, SM5 oder SM6 wird hierbei über ein Schaltgestänge mit mehreren Schaltgabeln als zusätzlichen Schaltmitteln mit dem gewünschten Losrad formschlüssig in Eingriff gebracht, um den jeweiligen Gang an dem unbelasteten Teilgetriebe TG1 oder TG2 einzulegen.
-
Beim Hochschalten vom ersten in den zweiten Gang wird nun z.B. über die Schaltmuffe SM2 das entsprechende Losrad drehfest mit der Vorgelegewelle L2 verbunden. Anschließend wird die zweite Kupplung K2 der Doppelkupplung DK geschlossen und gleichzeitig die erste Kupplung K1 geöffnet. Das Antriebsmoment der Motorwelle MW wird nun nicht länger über die (hier innenliegende) Getriebewelle GW1, sondern über die (äußere) zweite Getriebewelle GW2 übertragen. Beim Schalten in den nächsthöheren Gang wird zunächst die Schaltmuffe SM1 in Richtung des benachbarten Losrades für den dritten Gang verschoben und anschließend wieder die erste Kupplung K1 geschlossen und gleichzeitig die zweite Kupplung K2 geöffnet. Derart ist bei einem Doppelkupplungsgetriebe DK, G ein Gangwechsel zwischen geraden und ungeraden Gängen ohne Zugkraftunterbrechung möglich.
-
Bei dem in der 9 schematisch dargestellten Doppelkupplungsgetriebe DK, G – aber auch bei anderen automatisierten Schaltgetriebes – bestehen unterschiedliche Herausforderungen bei der Vorwahl des einzulegenden Ganges und insbesondere der Verstellung der Schaltmuffen. So sind beispielsweise die Schaltmuffen SM1 und SM2 in der 9 aus einer Mittellage über die jeweilige Schaltgabel zu beiden Seiten zu verschieben. Dabei soll die jeweilige Schaltmuffe SM1 oder SM2 nach einem Synchronisierungsvorgang mit jeweils einem der beiden benachbarten Losräder formschlüssig in Eingriff gebracht werden können. Dieser Synchronisierungs- und Schaltvorgang setzt sich aus unterschiedlichen Phasen zusammen, denen ein entsprechendes Kraft-Weg- bzw. Zeit-Weg-Profil zuzuordnen ist. So ist beispielsweise zunächst beim Verlassen der Mittellage eine geringere, aber ansteigende Gegenkraft (infolge von Rastierelementen) zu überwinden, während beim Synchronisierungsvorgang die jeweilige Schaltmuffe unter einer hohen, nahezu konstanten Vorlast temporär zu Ruhe kommt, bis die jeweilige Vorgelegewelle L1, L2 auf Synchrondrehzahl gebracht wird, um dann mit der Verzahnung des Losrades in Eingriff zu kommen und den Formschluss herzustellen. Die Höhe der Vorlast beim Synchronisierungsvorgang ist somit ausschlaggebend dafür, wie schnell der Synchronisierungsvorgang abgeschlossen werden kann. Dieses Betätigungsprofil erfordert bei bisher üblichen Ausführungsformen einer Aktorbaugruppe zur Betätigung der Schaltmittel, also hier insbesondere wenigstens einer Schaltgabel und Schaltmuffe SM1, SM2, SM5 oder SM6, eine Auslegung eines Antriebs der Aktoreinheit auf die maximal auftretende Belastung. Mit anderen Worten muss das Drehmoment eines Elektromotors oder die Schubkraft eines Hydraulikzylinders zur Verstellung eines Aktorelements der Aktoreinheit derart dimensioniert werden, dass in der Phase des Synchronisierungsvorgangs genügend Kraft bei fast keiner Bewegung zur Verfügung steht, während in anderen Phasen viel Bewegung bei niedrigeren Kräften (hohe Dynamik) erforderlich wäre.
-
Häufig sind die hierfür verwendeten elektromotorischen oder hydraulischen Antriebe dazu vorgesehen, in einer zumeist linearen Übersetzungsfunktion die jeweils zugeordnete Schaltgabel zum Wechseln der Gänge in axialer Richtung zu verschieben. Je nach Ausführungsform kann dabei eine elektromechanische Aktoreinheit sämtliche zu einem Teilgetriebe TG1 oder TG2 gehörigen Schaltgabeln betätigen (sogenanntes sequenzielles Getriebe) oder über einen Wahlaktor wird die betreffende Schaltgabel ausgewählt und über den Schaltaktor die Schaltung ausgeführt (sogenanntes „Active interlock“).
-
Bei derartigen bisher bekannten Aktorbaugruppen ist regelmäßig vorgesehen, dass die Energien, die für den jeweiligen Schaltvorgang erforderlich ist, zeitgleich auf ein Steuersignal hin zur Verfügung gestellt werden muss. Dabei sind insbesondere hydraulische Systeme bekannt, die mit einem Speichervolumen ausgestattet sind. Über Gasdruck und/oder Federdruck wird das eingeschlossene Volumen unter Druck gehalten und über ein Pumpenaggregat kontinuierlich oder intermittierend nachgefüllt. Im Falle des Schaltvorgangs drückt die Feder- oder die Gasvorspannung die Hydraulikflüssigkeit über ein hydraulisches Ventil in einen Hydraulikzylinder, der die Schaltgabel verschiebt. Dabei ist es notwendig, dass dem System auch in Ruhephasen ständig und wiederkehrend Energie zugeführt werden muss. So ist es z.B. nötig, über ein Pumpenaggregat ständig Leckage auszugleichen. Zudem sind derartige System aufgrund der verwendeten Hydraulikflüssigkeit anfällig für Fehlfunktionen durch Verschmutzung und/oder Temperaturschwankungen.
-
Die vorgenannten Nachteile können nun mit einer erfindungsgemäßen Aktorbaugruppe vermieden oder zumindest minimiert werden.
-
Hierbei ist gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung als Teil einer Aktorbaugruppe für die Gangwahl in einem Fahrzeuggetriebe, wie z.B. dem in der 9 schematisch dargestellten Doppelkupplungsgetriebe DK, G, eine Betätigereinheit mit verschwenkbar gelagerten Betätigungselementen zur Einwirkung auf die Schaltmittel und zum Einlegen eines Ganges und mindestens ein drehbar um eine Aktorachse und axial entlang der Aktorachse verstellbares Wahlelement vorgesehen. Das Wahlelement ist dabei drehbar, um bei einer durch ein Aktorelement einer Aktoreinheit der Aktorbaugruppe ausgelösten Verstellung entlang der Aktorachse über einen bestimmten Schaltabschnitt des Wahlelements auch wenigstens eines der Betätigungselemente einzuwirken, sodass dieses Betätigungselement verschwenkt und hierdurch über die Schaltmittel ein bestimmtes Losrad des Getriebes eingekoppelt wird. Durch die Kombination einer Aktoreinheit mit verstellbarem Aktorelement und einem sowohl linear als auch rotatorisch verstellbarem Wahlelement mit verschwenkbaren Betätigungselementen lässt sich der Schaltvorgang beim Einlegen eines gewünschten Ganges einfacher und insbesondere nahezu unabhängig von dem jeweils verwendeten Antrieb für die Aktoreinheit und dessen Regelung einstellen. So lässt sich ein Schaltvorgang bereits spezifisch durch entsprechende Schaltkonturen steuern, über die das Wahlelement und die Betätigungselemente sowie die Betätigungselemente und die Schaltmittel miteinander in Wirkkontakt gebracht werden.
-
Gemäß einem zweiten Erfindungsaspekt kann ergänzend oder alternativ vorgesehen sein, dass die Aktoreinheit eine mechanische Energiespeichereinrichtung umfasst und mindestens ein drehbares Verstellelement der Energiespeichereinrichtung vorgesehen ist, um die Energiespeichereinrichtung aufzuladen und das Aktorelement in eine Ruhelage zu verstellen, aus der es bei Bedarf zur Einwirkung auf die Betätigereinheit – beispielsweise über einen Wahlhebel gemäß dem ersten Erfindungsaspekt – mittels der gespeicherten Energie verstellbar ist, so dass ein gewünschter und/oder über eine elektronische Steuerung vorgegebener Gang eingelegt wird. Insbesondere durch die Ausbildung als elektromechanisches System mit einer mechanischen Energiespeichereinrichtung kann dabei erreicht werden, dass nur eine elektromotorische Antriebseinrichtung für die Aktoreinheit mit einer vergleichsweise kleinen Leistung verwendet werden muss, um die mechanische Energiespeichereinrichtung aufzuladen, aber dennoch eine ausreichend große Verstellkraft zum Einlegen des jeweiligen Ganges zur Verfügung steht.
-
In den 1A, 1B und 1C ist nun ein erstes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel einer Aktorbaugruppe 1 in verschiedenen Ansichten und Stellung dargestellt.
-
Die Aktorbaugruppe 1 umfasst eine Betätigereinheit 4 mit mehreren jeweils einzeln verschwenkbaren Betätigungselementen 4a, 4b, 4c und 4d zur Einwirkung auf mehrere hier nicht dargestellte Schaltmittel, wie z.B. Schaltgabeln mit jeweils einer zugeordneten Schaltmuffe, um mittels der Schaltmittel eines von mehreren Losrädern eines Fahrzeuggetriebes wahlweise einzukoppeln und drehfest mit einer Welle des Getriebes verbinden zu können. Zur Betätigung der Betätigungselemente 4a bis 4d der Betätigereinheit 4 ist eine Aktoreinheit 2 mit einem entlang einer Aktorachse A verstellbar gelagerten Aktorelement in Form einer Aktorhülse 21 vorgesehen. Die Aktorhülse 21 ist mit einem Wahlelement in Form einer Wahltrommel 3 gekoppelt, sodass bei einer linearen Verstellung der Aktorhülse 21 entlang der Aktorachse A auch die Wahltrommel 3 entlang der Aktorachse A verstellt wird. Die Wahltrommel 3 kann hierbei zum Einlegen eines bestimmten Ganges in einem Fahrzeuggetriebe, z.B. dem Doppelkopplungsgetriebe DK, G der 9, mit einem Paar der Betätigungselemente in Eingriff gebracht werden, die hier als verschwenkbar gelagerte Betätigerhebel 4a bis 4d ausgebildet sind. Jedes der in dem Ausführungsbeispiel der 1A bis 1C vorgesehenen zwei Paare von Betätigerhebeln 4a, 4b und 4c, 4d ist beispielsweise einem Teilgetriebe TG1 oder TG2 zugeordnet.
-
Indem nun auf ein Steuersignal einer hier nicht dargestellten Steuereinheit hin, eine Verstellung der Aktorhülse 21 entlang der Aktorachse A aus einer Ruhelage in einer Schaltrichtung S1 ausgelöst wird, wirkt die vorliegend ritzelartig ausgestaltete Wahltrommel 3 auf zwei Betätigerhebel, in der 1C die Betätigerhebel 4a und 4b ein. Die um Schwenkachsen Ba, Bb schwenkbaren Betätigerhebel 4a und 4b werden hierdurch verschwenkt; der eine Betätigerhebel 4a aus einer in der 1A ersichtlichen Neutralstellung entlang einer Betätigungsrichtung Va in eine (äußere oder untere) Betätigungsstellung und gleichzeitig der andere Betätigerhebel 4b aus einer (inneren oder oberen) Betätigungsstellung in eine Neutralstellung. Derart wird durch den Betätigerhebel 4a ein bestimmter Gang eingelegt, während durch den anderen Betätigerhebel 4b desselben Teilgetriebes TG1 oder TG2 sichergestellt ist, dass ein benachbartes Losrad nicht mehr eingekoppelt ist. Die Betätigerhebel 4a bis 4d wirken hierfür jeweils über Betätigungsabschnitte 41 auf hier nicht näher dargestellte Schaltgabeln ein.
-
Um über die Wahltrommel 3 je nach Bedarf die Betätigerhebel 4a bis 4d aus ihrer jeweiligen Neutralstellung entlang einer von zwei zueinander entgegengesetzte Betätigungsrichtungen Va und Vb in eine von zwei möglichen Betätigungsstellungen und umgekehrt wieder in ihre Neutralstellung verstellen zu können, weist die Wahltrommel 3 mehrere Schaltabschnitte 30, 31 und 32 mit, bezogen auf die Aktorachse A, radial nach innen und außen vorstehenden Bereichen auf. Die einzelnen an einem inneren und äußeren Umfang der Wahltrommel 3 der Wahltrommel 3 vorgesehenen Schaltabschnitte 30, 31 und 32 definieren damit unterschiedliche Schaltkonturen 300, 301, 310, 311, 320 und 321 die bei Kontakt mit einem Betätigerhebel 4a bis 4d dessen Schwenkbewegung beeinflussen.
-
So weist jeder Betätigerhebel 4a bis 4d ein im Querschnitt U-förmiges Schaltmaul 40 auf, in das ein die Schaltabschnitte 30, 31 und 32 ausbildender Umfangsrad der Schalttrommel 3 so eingeführt werden kann, dass der Umfangsrad zwischen den Schenkeln der U-Form eingefasst ist. Über die unterschiedlich stark und teilweise rampenförmig ausgebildeten vorstehenden Bereiche der Schaltabschnitte 30, 31 und 32 kann dann beispielsweise auf einen der Schenkel eines Schaltmauls 40 so eingewirkt werden, dass der zugehörige Betätigerhebel 4a, 4b, 4c oder 4d eine spezifische Schwenkbewegung in die eine oder die andere Betätigungsrichtung Va oder Vb ausführt. Über an den Schenkeln des jeweiligen Schaltmauls 40 ausgebildete Gegenflächen 401 und 402, die in dem gezeigten Ausführungsbeispiel jeweils ein in Richtung des anderen Schenkels konvex gewölbtes Ende aufweisen, ist ein definierter Wirkkontakt zwischen einem Schaltabschnitt 30, 31 oder 32 der Wahltrommel 3 und dem jeweiligen Betätigerhebel 4a bis 4d unter Herstellung eines Gleitkontakts sichergestellt.
-
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird über einen ersten Typ von Schaltabschnitt 30 mit radial nach innen und außen in identischem Maße vorstehenden Bereichen, die eine äußere und innere Schaltkontur 300 und 301 definieren, erreicht, dass der jeweilige Betätigerhebel 4a, 4b, 4c oder 4d in seine Neutralstellung verschwenkt wird oder in seiner bereits eingenommenen Neutralstellung gehalten wird, wenn die Wahltrommel 3 durch Auslösung der Aktoreinheit 2 verstellt wird und sich im Eingriff mit einem der Betätigerhebel 4a bis 4d befindet. Ein weiterer, beabstandet zu dem ersten Schaltabschnitt 30 angeordneter Schaltabschnitt 31 weist Schaltkonturen 310 und 311 auf, bei denen die äußere Schaltkontur 310 über einen rampenartig ausgebildeten Bereich stärker vorsteht als eine radial innenliegende Schaltkontur 311. In Kontakt mit diesem Schaltabschnitt 31 wird folglich ein Betätigerhebel 4a, 4b, 4c oder 4d über die äußere Schaltkontur 310, bezogen auf die Schaltrichtung S1 der Aktorhülse 21, nach außen geschwenkt. Bei einem dritten Typus eines Schaltabschnitts 32 der Wahltrommel 3 ist dies gerade umgekehrt und eine innere Schaltkontur 321 steht stärker radial hervor als eine äußere Schaltkontur 320. Derart wird hierüber in Kontakt mit einem Betätigerhebel 4a, 4b, 4c oder 4d ein Verschwenken in eine entgegengesetzte Betätigungsrichtung Vb, nach innen erreicht.
-
Um die Wahltrommel 3 zum Einlegen eines gewünschten Gangs schnell aus einer Ruhestellung, in der die Wahltrommel 3 in die gewünschte Relativposition um die Aktorachse A relativ zu der Betätigereinheit 4 drehbar ist, in Eingriff mit den gewünschten Betätigerhebeln 4a bis 4d zu bringen, ist eine Energiespeichereinrichtung an der Aktoreinheit 2 vorgesehen. Diese Energiespeichereinrichtung umfasst neben der Aktorhülse 21 ein Verstellelement in Form einer Kulissentrommel 20 und eine innerhalb der Aktorhülse 21 vorgesehene Druckfeder 22. Die Kulissentrommel 20 weist einen scheibenartigen Abschnitt mit einer Antriebsfläche 200 auf, an der eine in den 1A bis 1C nicht näher dargestellte (erste) Antriebseinrichtung angreift. Über diese Antriebseinrichtung, die vorzugsweise einen Elektromotor aufweist, ist die Kulissentrommel 20 um die Aktorachse A drehbar. Durch Drehung der Kulissentrommel 20 wird die hierin axial verschieblich gelagerte Aktorhülse 21 gegen die Federkraft der Druckfeder 22 entlang der Aktorachse A verschoben. Durch Drehung der Kulissentrommel 20 wird folglich die Druckfeder 22 komprimiert und somit Energie gespeichert.
-
Die axiale Verschiebung der Aktorhülse 21 wird dabei durch Zusammenwirken zweier Kulissenführungen 201 der Kulissentrommel 20 mit zwei sich an der Außenseite der Aktorhülse 21 diametral gegenüberliegenden Koppelelementen in Form von Laufrollen 21a und 21b erreicht. Die beiden Laufrollen 21a und 21b sind an der Aktorhülse 21 drehbar gelagert und liegen an einer Lauffläche der Kulissenführung 201 auf. Die Kulissenführung erstreckt sich dabei in einem ersten Abschnitt 201a spiralförmig um die Aktorachse A und weist hier einen gegen die Drehrichtung der Kulissentrommel 20 ansteigenden Verlauf auf, so dass bei Drehung der Kulissentrommel 20 und dem Aufrollen der Laufrollen 21a und 21b auf dem ansteigenden Abschnitt 201a die Aktorhülse 21 in Schaltrichtung S2 von der Betätigereinheit 4 weg linear verschoben wird. Der Verlauf des Abschnitts 201a der Kulissenführung 201, insbesondere die Steilheit der damit definierten Ladeflanke ist dabei derart an die Systemparameter angepasst, dass ein Antriebsmotor der an der Kulissentrommel 20 angreifenden Antriebseinrichtung innerhalb einer vorgegebenen Ladezeit die Druckfeder 22 bis zu ihrer maximalen Vorspannung komprimiert. Dieses Aufladen der mit der Druckfeder 22 versehenen mechanischen Energiespeichereinrichtung 20, 21, 22, das in einem Betriebszustand des Getriebes erfolgt, in dem kein Gangwechsel angefordert wird, z.B. unmittelbar nach dem einem Schaltvorgang, kann durch einen vergleichsweise kleindimensionierten Elektromotor vorgenommen werden.
-
Am Ende der spiralförmig ansteigenden Ladeflanke des Kulissenabschnitts 201a schließt sich ein weiterer Kulissenabschnitt 201b an, über den eine Laufrolle 21a und 21b jeweils form- und/oder reibschlüssig gehalten ist, so dass die Druckfeder 22 in ihrer maximal gespannten Lage arretiert bleibt, wenn die Kulissentrommel 20 nicht (weiter) gedreht wird. Der Kulissenabschnitt 201b ist hierbei so ausgebildet, dass hier die Druckfeder 22 über die Aktorhülse 21 kein zurückstellendes Moment auf die Kulissentrommel 20 ausübt. Hierfür bildet der Kulissenabschnitt 201b beispielsweise eine Mulde aus, so dass die Relativposition der Aktorhülse 21 zu der Kulissentrommel 20 bei gespannter Druckfeder 22 automatisch arretiert wird, wenn die jeweilige Laufrolle 21a oder 21b den Abschnitt 201b der Kulissenführung 201 erreicht. Die Energiespeichereinrichtung 20, 21, 22 verbleibt damit in einem aufgeladenen Zustand, ohne dass zusätzliche Energie hierfür notwendig wäre. Die Aktorbaugruppe 1 beharrt somit ohne weitere Energiezufuhr in einer stabilen Lage bei maximal gespeicherter Federenergie.
-
Über einen weiteren ebenfalls relativ klein dimensionierbaren Antriebsmotor einer zweiten Antriebseinrichtung kann nun, wie bereits zuvor erwähnt, die Wahltrommel 3 in die gewünschte Schaltposition um die Aktorachse A gedreht werden. Wird im Anschluss die Kulissentrommel 20 auf ein Steuersignal zur Auslösung der Aktoreinheit 2 hin – vorzugsweise über die erste Antriebseinrichtung – weiter gedreht, gelangen die beiden Laufrollen 21a und 21b aus dem jeweiligen arretierenden Kulissenabschnitt 201b in einen Kulissenabschnitt 201c der Kulissenführung 201 mit einer abfallenden Flanke. Hierdurch wird ermöglicht, dass die Federenergie als Verstellkraft freigegeben wird und die Aktorhülse 21 zusammen mit der Wahltrommel 3 in die Schaltrichtung S1 in Richtung der Betätigereinheit 4 gedrückt wird. Die durch den Kulissenabschnitt 201c definierte, abfallende Entladeflanke ist dabei steiler ausgebildet als die Ladeflanke des Kulissenabschnitts 201a. Derart kann sich die Aktorhülse 21 deutlich schneller aus ihrer geladenen Ruhelage in eine entladene Schaltstellung bewegen als umgekehrt, wenn sie über die Kulissentrommel in ihre Ruhelage gebracht wird. Die entladene Schaltstellung der Aktorhülse 21 ist dabei durch einen weiteren Kulissenabschnitt 201d am Ende der abfallenden Entladeflanke des Kulissenabschnitts 201c definiert (vergleiche 1C). Durch Drehung der Kulissentrommel 201 entlang derselben Drehrichtung wird nun die Energiespeichereinrichtung 20, 21, 22 wieder bevorzugt sofort geladen und die Aktorhülse 21 mit dem Wahlelement 3 in die Ruhelage überführt, so das durch Verstellen der Aktorhülse 21 bei Bedarf kurzfristig ein neuer Gang eingelegt werden kann.
-
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel – wie auch insbesondere in den nachfolgend noch erläuterten Ausführungsbeispielen – kann ein Antriebsmotor, der die Kulissentrommel 20 gegen die an der Aktorhülse 21 angreifende Federkraft der Druckfeder 22 dreht, auch bremsend über die Kulissentrommel 20 auf die Aktorhülse 21 einwirken. Hiermit kann gegebenenfalls der Schaltvorgang variiert und die Schaltdynamik verändert werden.
-
Ebenso kann ein derartiger Antriebsmotor unterstützend auf die Kulissentrommel 20 einwirken und diese zusätzlich zu einer Drehung antreiben, um die Verstellgeschwindigkeit der Aktorhülse 21 und/oder die Schaltkraft zu variieren. Während bei der zuvor erläuterten Ausführungsform stets sichergestellt ist, dass durch die Druckfeder 22 die Laufrollen 21a und 21b der Aktorhülse 21 gegen die Lauffläche der Kulissenführung 201 gedrückt sind, ist dies bei einer Unterstützung der Verstellbewegung durch einen Antriebsmotor beim Entladen der Energiespeichereinrichtung 20, 21, 22 unter Umständen nicht gegeben. Es wird daher in diesem Zusammenhang bevorzugt, die Kulissenführung 201 der Kulissentrommel 20 zumindest im Bereich des Kulissenabschnitts 201c mit der Entladeflanke kanalförmig auszubilden. Derart steht eine Gegenkontur zur Verfügung, die ein Abheben der jeweiligen Laufrolle 21a oder 21b von der Kulissenführung 201 verhindert.
-
Des Weiteren kann in einem Ausführungsbeispiel vorgesehen sein, dass die Ladeflanke an dem Kulissenabschnitt 201a mit einer variierenden Steigung ausgebildet ist. So kann diese beispielsweise anfänglich eine größere Steigung, z. B. durch eine konvexe Krümmung, ausbilden, so dass ein aufzubringendes Motormoment zum Drehen der Kulissentrommel 20 konstant bleibt, obwohl die Kraft, die durch die Druckfeder 22 der Verstellung entgegengebracht wird, stetig zunimmt. Ebenso kann die Steigung der Entladeflanke an dem Kulissenabschnitt 201c kontinuierlich variiert sein, um eine veränderte Entladecharakteristik bereitzustellen.
-
Ferner kann anstelle einer Kulissentrommel 20 auch eine Nockenscheibe eingesetzt sein, deren Rotationsachse senkrecht zu der Aktorachse A der Aktorhülse 21 verläuft.
-
Mit der dargestellten erfindungsgemäßen Ausführungsvariante einer mechanischen Energiespeichereinrichtung 20, 21, 22 ist es möglich, bei einer Aktorbaugruppe 1 mit einem einzelnen (ersten) Aktorantrieb kleiner Leistung einen Federkraftspeicher aufzuladen, in gespannter und energiespeichender Position zu halten und gesteuert zu entladen. Es ist dabei keine zusätzliche Vorrichtung zum Festhalten oder Auslösen der Energiespeichereinrichtung 20, 21, 23 notwendig. Allein über die Regelung des an der Kulissentrommel 20 angreifenden Aktorantriebs, der ersten Antriebseinrichtung, werden alle Phasen eingeleitet, geregelt und kontrolliert. Im geladenen Beharrungszustand, der zeitlich gesehen den größten Anteil der Betriebszeit der Aktoreinheit 2 bildet, wird keine Energie benötigt, um diesen Zustand aufrecht zu erhalten.
-
In den 2, 3B bis 3D ist die Aktoreinheit 2 mit weiteren Details dargestellt. So ist in den 2 und 3A bis 3D nicht nur eine zweite Antriebseinrichtung 25 zum Drehen der Kulissentrommel 20 dargestellt, sondern auch ein Federgehäuse 24, in dem die Druckfeder 22 aufgenommen ist, sowie eine Lagerwelle 23, die die körperliche Verstellachse (Aktorachse A) für die Aktorhülse 21 definiert. Die Lagerwelle 23 verläuft mittig durch das Federgehäuse 24 und die Aktorhülse 21. An einer äußeren Mantelfläche 240 des hohlzylindrischen Federgehäuses 24 ist die Aktorhülse 21 verschieblich geführt. Das Federgehäuse 24 und die Aktorhülse 21 ruhen wiederum innerhalb einer hohlzylindrischen Aussparung der Kulissentrommel 20, an deren Kulissenführung 201 die Aktorhülse 21 über ihre Laufrollen 21a und 21b aufliegt.
-
Während in der 2 eine Schnittdarstellung der Aktoreinheit 2 gezeigt ist, zeigen die 3A, 3B, 3C und 3D die unterschiedlichen Relativlagen der Aktorhülse 21 und der Kulissentrommel 20 beim Auf- und Entladen der Energiespeichereinrichtung, die hier neben der Kulissentrommel 20, der Aktorhülse 21 und der Druckfeder 22 auch die Lagerwelle 23, das Federgehäuse 24 und die Antriebseinrichtung 25 umfasst.
-
Mit den 4A bis 4B, 5, 6A bis 6C, 7A bis 7B und 8 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Aktorbaugruppe 1‘ veranschaulicht. Hierbei weist die Aktorbaugruppe 1‘ eine zu den zuvor erläuterten Ausführungsbeispielen der 1A bis 1C und 2 bis 3D abgewandelte Betätigereinheit 6 und eine abgewandelte Wahltrommel 5 auf. Die Aktoreinheit 2 kann demgegenüber unverändert übernommen werden und ist in den 4 bis 7B nur schematisch dargestellt.
-
Es sei an dieser Stelle nur ergänzenden darauf hingewiesen, dass insbesondere für das Ausführungsbeispiel der 4A bis 8 die Verwendung einer mechanischen Energiespeichereinrichtung entsprechend den zuvor erläuterten Ausführungsbeispielen der 1A bis 1C und 2 bis 3D natürlich nicht zwingend ist. Hier wäre auch ein anderer Verstellmechanismus zur linearen Verstellung der Aktorhülse 21 und Betätigung der Betätigereinheit 6 denkbar.
-
Die Betätigereinheit 6 der Aktorbaugruppe 1‘, über die auf Schaltmittel in Form eines in der Unteransicht der 4 schematisch dargestellten Schaltgestänges SG mit Schaltgabeln SG1, SG2, SG3 und SG4 eingewirkt werden kann, weist hier erneut mehrere jeweils um Schwenkachsen Ba, Bb, Bc und Bd verschwenkbare Betätigerhebel 6a, 6b, 6c und 6d auf. Die Betätigerhebel 6a bis 6d sind zwar auch in diesem Ausführungsbeispiel wieder derart angeordnet, dass über ein axiales Verschieben der Wahltrommel 5 in eine Schaltrichtung S1 ein Verschwenken der Betätigerhebel 6a bis 6d in die zwei Betätigungsrichtungen Va und Vb ermöglicht ist. Auch sind die Schwenkachsen Ba, Bb, Bc und Bd der Betätigerhebel 6a bis 6d jeweils senkrecht zur Aktorachse A und seitlich beabstandet zu dieser angeordnet, so dass ein mit der Wahltrommel 5 kommunizierender Schenkel des jeweiligen Betätigerhebels 6a bis 6d in Richtung der Wahltrommel 5 zeigt. Bei dieser Ausführungsform sind sich jeweils gegenüberliegende Betätigerhebel 6a und 6c oder 6b und 6d einem Teilgetriebe TG1 oder TG2 zugeordnet und werden simultan betätigt.
-
Im Unterschied zu den zuvor erläuterten Ausführungsvarianten weisen die Betätigerhebel 6a bis 6d jedoch kein Schaltmaul 40 auf, in das ein Schaltabschnitt 30, 31 oder 32 eingefahren werden kann. Vielmehr ist ein in Richtung der Wahltrommel 5 jeweils orientierter Schenkel eines Betätigerhebels 6a bis 6d jeweils als längserstreckter Schaltarm 60 mit einem Kontaktbereich 600 ausgebildet. Dieser Schaltarm 60 kann mit seinem Kontaktbereich 600 in eine Schaltöffnung der Wahltrommel 5 eingreifen, wenn die Wahltrommel 5 vor dem Auslösen der Aktoreinheit 2 entsprechend um die Aktorachse A gedreht wurde. Jeder Kontaktbereich 600 weist dabei beispielsweise eine ballige, zylinderförmige Ausprägung oder – wie in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel – eine Laufrolle 65 auf.
-
Tritt die Wahltrommel 5 mit einem Betätigerhebel 6a, 6b, 6c oder 6d in Kontakt, um zum Beispiel über eine zugeordnete Schaltgabel SG1, SG2, SG3 oder SG4 des Schaltgestänges SG eine Gangvorwahl an einem Teilgetriebe TG1 oder TG2 eines Doppelkupplungsgetriebes DK, G vorzunehmen, wird eine Schwenkbewegung des jeweiligen Betätigerhebels 6a, 6b, 6c oder 6d über ein auch hier radial nach außen weisendes Ende mit einem Betätigungsabschnitt 61 in geeigneter Form in eine Linearbewegung der zugeordneten Schaltgabel SG1, SG2, SG3 oder SG4 überführt.
-
Die Wahltrommel 5 weist hier zur Steuerung der einzelnen gewünschten Schwenkbewegungen der Betätigerhebel 6a bis 6d erneut unterschiedlich ausgestaltete Schaltabschnitte 50, 51 und 52 auf. Die einzelnen in Umfangsrichtung zueinander beabstandeten Schaltabschnitte 50, 51 und 52 definieren hierbei jeweils über geometrisch unterschiedlich ausgestaltete Schaltöffnungen unterschiedliche Schaltkonturen 500, 510 und 520. Diese Schaltkonturen 500, 510 und 520, die bei einem axialen Verschieben der Wahltrommel 5 in Schaltrichtung S1 mit der Laufrolle 65 oder eine Ausprägung eines Betätigerhebels 6a bis 6d in Kontakt treten, sind in erster Näherung über im Querschnitt V- oder Y-förmige Schaltöffnungen definiert. Die beiden Randflanken der jeweiligen Schaltöffnung haben dabei die Aufgabe, zunächst – unabhängig von dem derzeitigen Schaltzustand des jeweiligen Betätigungshebels 6a, 6b, 6c oder 6d (innere/obere Betätigungsstellung, Neutrallage oder untere/äußere Betätigungsstellung) – den jeweiligen Betätigungshebel 6a, 6b, 6c oder 6d innerhalb einer ersten Bewegungsphase in seine Neutrallage zu bewegen. Jede der Schaltöffnungen, die eine der drei unterschiedlichen Schaltkonturen 500, 510 und 520 für das Verschwenken eines Betätigerhebels 6a, 6b, 6c oder 6d definieren, weist mindestens eine Anlaufschräge 5001, 5101 oder 5201 an einer der Randflanken der Schaltöffnung auf, um den damit in Kontakt tretenden Betätigerhebel 6a, 6b, 6c oder 6d zunächst in eine Neutrallage zu überführen. Dies erfolgt in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel für alle Schaltgabeln eines Teilgetriebes TG 1 oder TG2 gleichzeitig, indem die Schaltöffnungen auf der Wahltrommel 5 derart angeordnet sind, dass bei einem Schaltvorgang jeder Betätigerhebel 6a, 6c oder 6b, 6d eines Teilgetriebes TG1 oder TG2 mit einer Schaltöffnung in Eingriff gebracht wird.
-
Bei einer im Querschnitt V-förmig ausgeprägten Schaltöffnung, bei der die Spitze der V-Form bezogen auf die Schaltrichtung S1 und die Aktorachse A nach innen (vgl. den Schaltabschnitt 52 in der 6A) oder nach außen (vgl. den Schaltabschnitt 52 in der 6C) weist, wird ein Betätigerhebel 6a, 6b, 6c oder 6d zum Einlegen eines bestimmtes Ganges in eine Betätigungsstellung verschwenkt. Weist die Spitze der V-Form beispielsweise nach innen, so wird in einer zweiten Bewegungsphase die Laufrolle 65 oder eine Ausprägung des Betätigerhebels 6a, 6b, 6c oder 6d nach innen in die Spitze der V-Form gezogen und über die Verbindung zu der jeweiligen Schaltgabel SG1, SG2, SG3 oder SG4 der entsprechende Gang eingelegt. Weist die Spitze hingegen nach außen, wird der Betätigerhebel 6a, 6b, 6c oder 6d dementsprechend nach außen geschwenkt und die gleiche Schaltgabel SG1, SG2, SG3 oder SG4 legt die gegenüberliegende Gangstufe ein. An der Wahltrommel 5 sind somit zueinander in Umfangsrichtung versetzte Schaltabschnitte 51 und 52 mit unterschiedlichen Schaltkonturen 510 und 520 vorgesehen, über die ein Betätigerhebel 6a, 6b, 6c oder 6d in die eine oder in die andere Betätigungsrichtung Va oder Vb verschwenkt werden kann, wenn der jeweilige Betätigerhebel 6a, 6b, 6c oder 6d mit dem entsprechenden Schaltabschnitt 51 oder 52 in Kontakt tritt.
-
Wenigstens ein weiterer Schaltabschnitt 50, mit dem ein Betätigerhebel 6a, 6b, 6c oder 6d eines Paares von Betätigerhebeln 6a, 6c oder 6b, 6d eines Teilgetriebes TG1 oder TG2 in Kontakt tritt, ist des Weiteren mit einer Schaltkontur 500 versehen, über die der jeweilige Betätigerhebel 6a, 6b, 6c oder 6d in einer ersten Bewegungsphase in die Neutralstellung verschwenkt und in dieser gehalten wird. Hierfür ist die Schaltöffnung des entsprechenden Schaltabschnitts 50 vorliegend Y-förmig ausgebildet.
-
Die Betätigerhebel 6a bis 6d und die Wahltrommel 5 sind vorliegend so ausgebildet und zueinander angeordnet, dass über die Wahltrommel 5 stets nur die Betätigerhebel eines Teilgetriebes TG1 oder TG2 betätigt werden. Die nicht zu schaltenden Betätigerhebel des anderen Teilgetriebes TG2 oder TG1 sind nicht in einen Schaltabschnitt 50, 51 oder 52 eingeführt, wenn die Wahltrommel 5 über die Aktoreinheit 2 in Schaltrichtung S1 axial verschoben ist. Welche Betätigerhebel eines Teilgetriebes TG1 oder TG2 über die Wahltrommel 5 betätigt werden, ist durch die Relativposition der Wahltrommel 5 zu der Betätigereinheit 6 festgelegt. Hierfür wird die Wahltrommel 5 um die Aktorachse A über eine in den 7A und 7B schematisch dargestellte zweite vorzugsweise elektromotorische Antriebseinrichtung 55 in die gewünschte Position gedreht – und zwar unabhängig von der Drehung eines Verstellelements, wie z.B. der Kulissentrommel 20, das zum Aufladen einer vorzugsweise vorgesehenen Energiespeichereinrichtung der Aktoreinheit 2 vorgesehen ist.
-
Die 8 veranschaulicht ferner eine mögliche Anordnung einer Aktorbaugruppe 1‘ an einem Getriebegehäuse GG eines hier nicht näher dargestellten Doppelkupplungsgetriebes mit einer Doppelkupplungseinheit DK. Hierbei ist die Aktorbaugruppe 1‘ in einem außerhalb des Getriebes liegenden Gehäuseabschnitt oder einem separaten Aktorgehäuse untergebracht. Anstelle der in der 8 dargestellten Anordnung der Aktorbaugruppe 1‘ kann diese aber selbstverständlich auch insbesondere mit ihrer Aktoreinheit 2 in das Getriebe integriert und damit teilweise oder vollständig innerhalb des Getriebegehäuses GG angeordnet werden.
-
Insbesondere bei der in den 4, 5, 6A bis 6C und 7A bis 7B dargestellten Ausführungsvariante ist es möglich, eine Aktorbaugruppe bereitzustellen, die mit variablen Übersetzungsverhältnissen arbeiten kann, die über eine Aktoreinheit 2 nur in einer Verstellrichtung eine Verstellkraft aufbringen muss und bei der Betätigungselemente, wie die Betätigerhebel 6a bis 6d, in zueinander entgegengesetzte Betätigungsrichtungen Va und Vb mit unterschiedlichen und einfach einstellbaren und veränderbaren Schaltcharakteristiken verstellt werden können. Zudem ist in einfacher Weise eine mechanische Verriegelung der einzelnen Gänge des Getriebes untereinander gewährleistet. Diese Merkmale lassen sich im Übrigen auch durch die übrigen beschriebenen Ausführungsbeispiele verwirklichen.
-
Des Weiteren ist die Aktoreinheit 2 in allen dargestellten Ausführungsbeispielen so aufgebaut, dass eine Verstellrichtung der Aktorhülse 21 zum Laden der Energiespeichereinrichtung 20–25 (Schaltrichtung S2) und eine Verstellrichtung des Aktorhülse 21 zum Einlegen eines neuen Gangs (Schaltrichtung S1) zueinander entgegensetzt entlang einer Aktorachse A verlaufen. Die Aktorhülse 21 ist hier ausschließlich translatorisch entlang der Aktorachse A verstellbar, wobei je nach Verstellrichtung der Aktorhülse 21 durch diese eine Energiespeichereinrichtung 20–25 geladen oder eine Verstellkraft zum Einlegen eines Ganges ausgeübt wird.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1, 1’
- Aktorbaugruppe
- 2
- Aktoreinheit
- 20
- Kulissentrommel (Verstellelement)
- 200
- Antriebsfläche
- 201
- Schaltkulisse
- 201a, 201b, 201c, 201d
- Kulissenabschnitt
- 21
- Aktorhülse (Aktorelement)
- 21a, 21b
- Laufrolle (Koppelelement)
- 22
- Druckerfeder (Federelement)
- 23
- Lagerwelle
- 24
- Federgehäuse
- 240
- Mantelfläche
- 25
- Antriebseinrichtung
- 3
- Wahltrommel (Wahlelement)
- 30, 31, 32
- Schaltabschnitt
- 300, 310, 320
- Äußere Schaltkontur
- 301, 311, 321
- Innere Schaltkontur
- 4
- Betätigereinheit
- 40
- Schaltmaul
- 401, 402
- Gegenfläche
- 41
- Betätigungsabschnitt
- 4a, 4b, 4c, 4d
- Betätigerhebel (Betätigungselement)
- 5
- Wahltrommel (Wahlelement)
- 50, 51, 52
- Schaltabschnitt
- 500, 510, 520
- Schaltkontur
- 5001, 5101, 5201
- Anlaufschräge
- 55
- Antriebseinrichtung
- 6
- Betätigereinheit
- 60
- Schaltarm
- 600, 610
- Kontaktbereich
- 61
- Betätigungsabschnitt
- 65
- Laufrolle
- 6a, 6b, 6c, 6d
- Betätigerhebel (Betätigungselement)
- A
- Aktorachse
- Ba, Bb, Bc, Bd
- Schwenkachse
- DK
- Doppelkupplungseinheit
- G
- Getriebeeinheit
- GAW
- Getriebeausgangswelle
- GG
- Getriebegehäuse
- GW1, GW2
- Getriebewelle
- K1, K2
- Kupplung
- L1, L2
- Vorgelegewelle
- MW
- Motorwelle
- S1, S2
- Schaltrichtung
- SG
- Schaltgestänge
- SG1, SG2, SG3, SG4
- Schaltgabel
- SM1, SM2, SM5, SM6
- Schaltmuffe
- TG1, TG2
- Teilgetriebe
- Va, Vb
- Betätigungsrichtung
