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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verstellvorrichtung zum Verstellen einer Verstellwelle gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art. Ferner betrifft die Erfindung mehrere Verwendungsmöglichkeiten der Verstellvorrichtung und ein Fahrzeuggetriebe mit der Verstellvorrichtung.
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Elektrische Verstellvorrichtungen für ein Fahrzeuggetriebe zum Verstellen beziehungsweise Einstellen einer gewünschten Fahrstufe bei einem Fahrzeuggetriebe beziehungsweise bei einem Automatikgetriebe sind aus der Fahrzeugtechnik bekannt. Üblicherweise umfasst die Verstellvorrichtung einen elektrischen Antrieb beziehungsweise einen Elektromotor, der über ein Übersetzungsgetriebe mit einer anzutreibenden Verstellwelle gekoppelt ist. Als Übersetzungsgetriebe kann ein mehrstufiges Getriebe eingesetzt werden. Als Übersetzungsgetriebe kann auch ein Zykloidgetriebe oder ein Planetengetriebe verwendet werden.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verstellvorrichtung, eine Verwendung der Verstellvorrichtung sowie ein Fahrzeuggetriebe mit der Verstellvorrichtung vorzuschlagen, bei denen ein hoher Wirkungsgrad und ein möglichst geringer Bauraumbedarf realisiert werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 beziehungsweise 10 beziehungsweise 11 gelöst, wobei sich vorteilhafte und beanspruchte Weiterbildungen aus den Unteransprüchen und der Beschreibung sowie den Zeichnungen ergeben.
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Somit wird eine Verstellvorrichtung zum Verstellen einer Verstellwelle mit einem elektrischen Antrieb vorgeschlagen, bei der der elektrische Antrieb über ein Übersetzungsgetriebe mit der Verstellwelle gekoppelt ist. Um eine sehr kompakte und einen hohen Wirkungsgrad aufweisende Verstellvorrichtung zu realisieren, ist vorgesehen, dass als Übersetzungsgetriebe ein Gleitkeilgetriebe beziehungsweise ein Spannungswellengetriebe vorgesehen ist. Das Gleitkeilgetriebe umfasst eine elastische verformbare Hülse als Übertragungselement zwischen einem elliptischen Wellengenerator und einem verstellwellenseitig gelagerten Verstellring, wobei sich das Gleitkeilgetriebe durch hohe Übersetzung und hohe Steifigkeit auszeichnet. Beispielsweise sind Untersetzungsverhältnisse bei hoher Positionsgenauigkeit und bei geringem Wartungsaufwand realisierbar.
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Eine mögliche Ausführung der Erfindung sieht vor, dass eine Antriebswelle des elektrischen Antriebes mit dem elliptischen Wellengenerator des Gleitkeilgetriebes verbunden ist, wobei der elliptische Wellengenerator mit der verformbaren Hülse derart abschnittsweise in Wirkverbindung steht, dass eine Außenverzahnung der verformbaren Hülse beziehungsweise flexiblen Hülse mit einer Innenverzahnung eines gehäusefesten Ringes und mit einer Innenverzahnung des Verstellringes abschnittsweise in Eingriff steht, wobei der Verstellring mit der anzutreibenden Verstellwelle verbunden ist. Die von dem elektrischen Antrieb beziehungsweise der Antriebswelle angetriebene elliptische Scheibe als Wellengenerator gleitet beziehungsweise rolliert im Inneren der verformbaren Hülse und verformt diese bei Drehbewegungen. Dadurch kommen im Bereich der großen elliptischen Achse die Außenverzahnung der verformbaren Hülse mit den Innenverzahnungen des gehäuseseitigen Ringes und des Verstellringes in Eingriff. Durch unterschiedliche Zähnezahlen der beiden Innenverzahnungen bei gleichem Durchmesser von gehäusefesten Ring und Verstellring verschieben sich die beiden Innenzahnkränze rotativ zueinander, sodass am Abtrieb beziehungsweise an der Verstellwelle eine hochübersetzte Drehbewegung entsteht.
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Im Unterschied zu anderen Übersetzungsgetrieben ergibt sich bei einem Gleitkeilgetriebe die Vorteile der Geräuschreduzierung und der Spielfreiheit. Ferner ergibt sich durch die Verwendung des Gleitkeilgetriebes eine Selbsthemmung bei der vorgeschlagenen Verstellvorrichtung sowie eine geringe Anzahl an Bauteilen und dadurch wird ein geringer Montageaufwand realisiert.
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Durch die koaxiale Anordnung des elektrischen Antriebes und der Verstellwelle sowie der weiteren Bauteile des Gleitkeilgetriebes ergibt sich eine besonders bauraumgünstige beziehungsweise kompakte Anordnung, wobei die Verstellwelle axial hinter der Antriebswelle des elektrischen Antriebes angeordnet werden kann.
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Durch die Generierung des erforderlichen Arbeitsdrehmoments durch das Gleitkeilgetriebe bei der vorgeschlagenen Verstellvorrichtung sind eine Vielzahl von möglichen Anwendungen denkbar, da ein universell verwendbarer Verstellmechanismus mit oder ohne elektronischer Schnittstelle zur Positionserfassung und Kommunikation realisiert wird. Beispielsweise kann die Verstellvorrichtung als Aktuatorik, zum Beispiel zur mechanischen Aktivierung von Fahrstufen in einem Fahrzeugantriebsstrang bei einem Fahrzeuggetriebe oder auch als Aktuatorik zur mechanischen Ver- und Entriegelung einer Parksperre des Fahrzeuggetriebes oder auch als Aktuatorik zur Betätigung eines Kupplungsmechanismus eines Getriebes eingesetzt werden. Bei der Verwendung der Verstellvorrichtung zum Verstellen des Fahrzeuggetriebes ist im Rahmen einer Weiterbildung vorgesehen, dass als Verstellwelle eine Betätigungswelle zum Aktivieren von Fahrstufen und/oder zum Betätigen der Parksperre des Fahrzeuggetriebes und/oder zur Betätigung eines Kupplungsmechanismus eines Getriebes vorgesehen sind.
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Durch die hohe Positionsgenauigkeit und das realisierbare große Untersetzungsverhältnis ist zudem auch eine besonders vorteilhafte Verwendung bei Achsantrieben bei Robotern, bei Antrieben in Flugsimulatoren, bei einer Nachführung von Antennen, bei einer Dynamiklenkung eines Kraftfahrzeuges oder bei Antrieben von Druckmaschinen vorgesehen. Demzufolge werden in einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung auch die vorgenannten Verwendungen beansprucht.
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Ein nächster Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein Fahrzeuggetriebe mit der vorbeschriebenen Verstellvorrichtung zu beanspruchen.
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Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische, geschnittene Ansicht einer möglichen Ausführungsvariante einer Verstellvorrichtung zum Verstellen einer Verstellwelle;
- 2 ein Teilschnitt entlang der Schnittlinie A-A gemäß 1;
- 3 ein Teilschnitt entlang der Schnittlinie B-B gemäß 1;
- 4 eine geschnittene Ansicht durch die Verstellvorrichtung entlang der Schnittlinie C-C gemäß 1; und
- 5 eine geschnittene Ansicht durch die Verstellvorrichtung entlang der Schnittlinie D-D gemäß 1.
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In den 1 bis 5 ist eine mögliche Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung zum Verstellen einer Verstellwelle 1 beispielhaft dargestellt.
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Die Verstellvorrichtung umfasst einen elektrischen Antrieb beziehungsweise einen Elektromotor 2, der in einem Gehäuse 9 angeordnet ist. Der elektrische Antrieb 2 ist über ein Gleitkeilgetriebe als Übersetzungsgetriebe mit der Verstellwelle 1 gekoppelt. Eine Antriebswelle 3 des elektrischen Antriebes 2 ist mit einem elliptischen scheibenförmigen oder topfförmigen Wellengenerator 4 des Gleitkeilgetriebes verbunden. Der elliptische Wellengenerator 4 steht mit einer verformbaren Hülse 5 des Gleitkeilgetriebes derart abschnittsweise in Wirkverbindung, dass die Hülse 5 durch den Wellengenerator 4 derart verformt wird, dass eine Außenverzahnung der verformbaren Hülse 5 mit einer Innenverzahnung eines gehäusefesten Ringes 6 und mit einer Innenverzahnung eines Verstellringes 7 abschnittsweise aufgrund der Verformung in Eingriff steht, wobei der Verstellring 7 mit der anzutreibenden Verstellwelle 1 verbunden ist.
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Wie insbesondere aus 1 ersichtlich ist, ist die axiale Zahnbreite der Außenverzahnung der verformbaren Hülse 5 derart gewählt, dass die Außenverzahnung der verformbaren Hülse sowohl mit der Innenverzahnung des gehäusefesten Ringes 6 als auch mit der Innenverzahnung des Verstellringes 7 axial überlappt. Dadurch, dass die Zähnezahl der Innenverzahnung des Verstellringes 7 und die Zähnezahl der Innenverzahnung des gehäusefesten Ringes 6 bei gleichem Durchmesser unterschiedlich ist, verschieben sich die beiden Innenverzahnungen rotativ zueinander, sodass eine hochübersetzte Drehbewegung des Verstellringes 7 erzeugt wird und auf die Verstellwelle 1 übertragen wird.
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Die Zähnezahl der Außenverzahnung der verformbaren Hülse 5 ist geringer als die Zähnezahlen der Innenverzahnungen des gehäusefesten Ringes 6 und des Verstellringes 7. Insgesamt kann durch die entsprechende Auswahl der Zähnezahl eine entsprechend gewünschte Untersetzung von 160:1 und mehr durch das Gleitkeilgetriebe bei der vorgeschlagenen Verstellvorrichtung realisiert werden.
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Dadurch, dass die Verstellwelle 1 und die Antriebswelle 3 einer gemeinsamen Rotationsachse 8 zugeordnet sind und damit koaxial zueinander angeordnet sind und dadurch, dass die Verstellwelle 1 und die Antriebswelle 3 axial hintereinander angeordnet sind, wird eine bauraumgünstige Anordnung realisiert. Ferner ist vorgesehen, dass der gehäusefeste Ring 6 koaxial zur Antriebswelle 3 des elektrischen Antriebes 2 angeordnet ist und mit einem Deckel 10 des Gehäuses 9 verbunden ist. Der Verstellring 7 ist koaxial zur Verstellwelle 1 angeordnet, sodass insgesamt eine besonders kompakte Bauweise bei der vorgeschlagenen Verstellvorrichtung realisiert wird.
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Bei der Verwendung der Verstellvorrichtung bei einem Fahrzeuggetriebe, insbesondere einem Automatikgetriebe eines Fahrzeuges, ist die dargestellte Verstellwelle 1 als Betätigungswelle zum Aktivieren von Fahrstufen und/oder zum Betätigen einer Parksperre des Fahrzeuggetriebes und/oder zur Betätigung eines Kupplungsmechanismus des Getriebes vorgesehen.
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Durch die Teilschnitte gemäß 2 und 3 wird der Aufbau des Gleitkeilgetriebes bei der Verstellvorrichtung verdeutlicht. Insbesondere wird das Ineingriffstehen der elliptisch verformten Hülse 5 sowohl mit der Innenverzahnung des gehäusefesten Ringes 6 und der Innenverzahnung des Verstellringes 7 gezeigt.
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Durch die weiteren geschnittenen Darstellungen gemäß 4 und 5 wird insgesamt die elliptische Form des Wellengenerators 4 mit der elliptisch verformten Hülse 5 ersichtlich. Ferner wird der kreisförmige Querschnitt von gehäusefestem Ring 6 und Verstellring 7 verdeutlicht.
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Bei dem in den 1 bis 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist beispielhaft vorgesehen, dass die verformbare Hülse 5 eine Zähnezahl von zum Beispiel 180 Zähnen, der gehäusefeste Ring 6 eine Zähnezahl von zum Beispiel 202 und der Verstellring 7 eine Zähnezahl von 200 aufweisen. Somit ergibt sich z. B. eine Übersetzung von 200:2 = 100. Diese Angaben sind jedoch nur beispielhaft zu sehen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Verstellwelle
- 2
- elektrischer Antrieb beziehungsweise Elektromotor
- 3
- Antriebswelle
- 4
- Wellengenerator
- 5
- verformbare Hülse
- 6
- gehäusefester Ring
- 7
- Verstellring
- 8
- Rotationsachse
- 9
- Gehäuse
- 10
- Deckel des Gehäuses
