Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Antriebsmotor, einem Getriebe
und einem Drehmomentübertragungssystem, mit einer Vorrichtung zur automati
sierten Betätigung des Getriebes mit einer Steuereinheit und zumindest einem von
der Steuereinheit ansteuerbaren Aktor zum Schalten/Wählen einer Getriebeüber
setzung, die Steuereinheit steht mit zumindest einem Sensor und gegebenenfalls
mit anderen Elektronikeinheiten in Signalverbindung, der Aktor weist einen ersten
Antrieb zur Betätigung eines Getriebeelementes zum Wählen einer Getriebeüber
setzung und einen zweiten Antrieb zur Betätigung eines Getriebeelementes zum
Schalten einer Getriebeübersetzung auf.
Fahrzeuge mit automatisierten Schaltgetrieben sind beispielsweise mit hydrauli
schen Aktoren bekannt. Die hydraulische Betätigung der getriebeinternen Schal
telemente erweist sich jedoch als sehr umfangreich und kostenintensiv. Beispiels
weise werden für die hydraulischen Aktoren umfangreiche Elemente, wie Druck
speicher, Ventile und so weiter benötigt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kraftfahrzeug mit einem automatisierten Schalt
getriebe zu schaffen, das einen reduzierten Teileumfang aufweist, kostengünstiger
ist und zumindest in Bezug auf den Komfort, wie Schaltkomfort, eine Verbesse
rung erbringt. Weiterhin war es die Aufgabe, ein einfaches System zu schaffen,
das einfach montiert werden kann und in Bezug auf den nötigen Bauraum klein ist.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der erste Antrieb über ein erstes
Getriebe ein Element des Getriebes zum Wählen der Getriebeübersetzung betä
tigt und der zweite Antrieb über ein zweites Getriebe ein Element des Getriebes
zum Schalten der Getriebeübersetzung betätigt.
Nach einem weiteren erfindungsgemäßen Gedanken kann dies ebenfalls dadurch
erreicht werden, daß der erste Antrieb über ein erstes Schneckengetriebe eine
Welle des Getriebes zum Wählen der Getriebeübersetzung in Umfangsrichtung
betätigt und der zweite Antrieb über ein zweites Schneckengetriebe eine Welle
des Getriebes zum Schalten der Getriebeübersetzung in Umfangsrichtung betä
tigt.
Nach einem weiteren erfindungsgemäßen Gedanken kann dies ebenso dadurch
erreicht werden, daß der erste Antrieb über ein erstes Schneckengetriebe eine
Welle des Getriebes zum Wählen der Getriebeübersetzung in axialer Richtung
betätigt und der zweite Antrieb über ein zweites Schneckengetriebe eine Welle
des Getriebes zum Schalten der Getriebeübersetzung in Umfangsrichtung betä
tigt.
Nach einem weiteren erfindungsgemäßen Gedanken kann dies weiterhin auch
dadurch erreicht werden, daß der erste Antrieb über ein erstes Schneckengetriebe
eine Welle des Getriebes zum Wählen der Getriebeübersetzung in Umfangsrich
tung betätigt und der zweite Antrieb über ein zweites Schneckengetriebe eine
Welle des Getriebes zum Schalten der Getriebeübersetzung in axialer Richtung
betätigt.
Nach einem weiteren erfindungsgemäßen Gedanken kann dies in vorteilhafter Art
auch dadurch erreicht werden, daß der erste Antrieb über ein erstes Schnecken
getriebe eine Welle des Getriebes zum Wählen der Getriebeübersetzung in axia
ler Richtung betätigt und der zweite Antrieb über ein zweites Schneckengetriebe
eine Welle des Getriebes zum Schalten der Getriebeübersetzung in axialer Rich
tung betätigt.
Vorteilhaft kann es sein, wenn das erste und/oder das zweite Getriebe ein ein-
oder mehrstufiges Getriebe ist.
Weiterhin kann es zweckmäßig sein, wenn das erste und/oder das zweite Getrie
be ein Teilgetriebe aufweist, das als Schneckengetriebe ausgestaltet ist.
Ebenso kann es nach einem weiteren erfindungsgemäßen Gedanken vorteilhaft
sein, wenn das erste und/oder das zweite Getriebe ein Teilgetriebe aufweist, das
als Stirnradgetriebe, Kegelradgetriebe, Hypoidgetriebe oder ähnliches ausgestal
tet ist.
Vorteilhaft ist es bei einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung, wenn dem
ersten und/oder dem zweiten Schneckengetriebe zumindest eine weitere Getrie
bestufe vor oder nachgeordnet ist, um eine Betätigung des Schalt- oder Wählvor
ganges anzusteuern.
Weiterhin kann es zweckmäßig sein, wenn dem ersten und/oder dem zweiten
Schneckengetriebe eine weitere Getriebestufe vor oder nachgeordnet ist, um eine
Betätigung des Schalt- oder Wählvorganges anzusteuern.
Ebenso ist es zweckmäßig, wenn dem Schneckengetriebe ein Getriebe mit Zahn
rad und einem als Hebel ausgebildeten Segmentzahnrad nachgeordnet ist, wobei
das Getriebe als Stirnradgetriebe, Kegelradgetriebe, Hypoidgetriebe oder ähnli
ches ausgestaltet ist.
Zweckmäßig ist es weiterhin, wenn das als Hebel ausgebildete Segmentzahnrad
mit einem Getriebeelement zum Wählen oder Schalten des Getriebes über eine
formschlüssige Verbindung verbunden ist. Ebenso kann es vorteilhaft sein, wenn
das als Hebel ausgebildete Segmentzahnrad einstückig mit einem Getriebeele
ment zum Wählen oder Schalten des Getriebes ausgebildet ist.
Nach einem weiteren erfindungsgemäßen Gedanken kann es zweckmäßig sein,
wenn der Aktor ein Gehäuse aufweist, in welches die Antriebe zumindest eingrei
fen und in welchem zumindest im wesentlichen die Getriebe zur Umsetzung zu
mindest einer Aktorbewegung zur Betätigung des Schalt- oder des Wählvorgan
ges angeordnet sind. Ebenso kann es zweckmäßig sein, wenn der Aktor ein Ge
häuse aufweist, in welchem zumindest Teile der Steuer- und/oder Leistungselek
tronik zur Ansteuerung des automatisierten Getriebes aufgenommen sind.
Weiterhin kann es zweckmäßig sein, wenn zumindest ein Antrieb als Elektromo
tor, wie Gleichstrommotor, Wechselstrommotor, Wanderwellenmotor, Switched
Reluctance-Motor (SR-Motor) und/oder Schrittmotor ausgebildet ist.
Vorteilhaft ist es, wenn die Antriebe, wie Motoren, Antriebswellen oder Motorwel
len aufweisen, die im wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet sind.
Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn die Antriebe, wie Motoren, Antriebswellen
oder Motorwellen aufweisen, die im wesentlichen unter einem vorgebbaren Winkel
zueinander ausgerichtet sind.
Ebenso kann es vorteilhaft sein, wenn die Motorwellen der Antriebe Drehachsen
aufweisen und die Schnecken Getriebe Schneckenzahnräder aufweisen, wobei
die Drehachse der Motorwelle des ersten Antriebes mit dem Schneckenzahnrad
des ersten Schneckengetriebes eine erste Ebene bildet und die Drehachse der
Motorwelle des zweiten Antriebes mit dem Schneckenzahnrad des zweiten
Schneckengetriebes eine zweite Ebene bildet, wobei die erste Ebene im wesentli
chen gleich der zweiten Ebene ist.
Nach einem weiteren erfindungsgemäßen Gedanken kann es zweckmäßig sein,
wenn die Motorwellen der Antriebe Drehachsen aufweisen und die Schnecken
Getriebe Schneckenzahnräder aufweisen, wobei die Drehachse der Motorwelle
des ersten Antriebes mit dem Schneckenzahnrad des ersten Schneckengetriebes
eine erste Ebene bildet und die Drehachse der Motorwelle des zweiten Antriebes
mit dem Schneckenzahnrad des zweiten Schneckengetriebes eine zweite Ebene
bildet, wobei die erste Ebene im wesentlichen parallel zu der zweiten Ebene an
geordnet ist.
Vorteilhaft ist es, wenn die Motorwellen der Antriebe Drehachsen aufweisen und
die Schnecken Getriebe Schneckenzahnräder aufweisen, wobei die Drehachse
der Motorwelle des ersten Antriebes mit dem Schneckenzahnrad des ersten
Schneckengetriebes eine erste Ebene bildet und die Drehachse der Motorwelle
des zweiten Antriebes mit dem Schneckenzahnrad des zweiten Schneckengetrie
bes eine zweite Ebene bildet, wobei die erste Ebene im wesentlichen unter einem
vorgebbaren Winkel zu der zweiten Ebene angeordnet ist.
Weiterhin kann es zweckmäßig sein, wenn zumindest ein Antrieb als Elektroma
gnet, wie beispielsweise als Schrittmagnet ausgebildet ist.
Nach einem weiteren erfindungsgemäßen Gedanken kann es bei einem Kraftfahr
zeug insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem von
einer Steuereinheit steuerbaren Aktor mit zumindest einem Antrieb zur Betätigung
eines betätigbaren Elementes, wie eines Getriebeelementes oder eines Drehmo
mentübertragungssystems, wobei zwischen dem Antrieb und dem betätigbaren
Element zumindest zwei im wesentlichen scheibenförmige Elemente im Drehmo
mentfluß angeordnet sind und zwischen diesen scheibenförmigen Elementen
zumindest ein Kraftspeicher unter Kraftbeaufschlagung ein Drehmoment überträgt,
wobei eine Relativverdrehung der scheibenförmigen Elemente aufgrund der Kraft
beaufschlagung resultiert, vorteilhaft sein, wenn die im wesentlichen scheibenför
migen Elemente an ihren radial äußeren Randbereichen Verzahnungen als In
krementalgeber aufweisen und zumindest ein Sensor zumindest eine Drehzahl
der im wesentlichen scheibenförmigen Elemente bestimmt. Der Sensor kann da
bei ein induktiver, optischer oder magnetisch sensitiver Sensor sein, der die In
kremente der Bewegung, wie Rotation detektiert und die Steuereinheit bestimmt
daraus die zumindest eine Drehzahl.
Dabei kann es insbesondere zweckmäßig sein, wenn die Steuereinheit aus den
Drehzahlen der im wesentlichen scheibenförmigen Elemente ein Relativverdre
hung der Elemente bestimmt.
Ebenso kann es gemäß eines weiteren erfinderischen Gedankens bezüglich eines
Kraftfahrzeugs insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit
einem von einer Steuereinheit steuerbaren Aktor mit zumindest einem Antrieb zur
Betätigung eines betätigbaren Elementes, wie eines Getriebeelementes oder ei
nes Drehmomentübertragungssystems, wobei zwischen dem Antrieb und dem
betätigbaren Element zumindest zwei im wesentlichen scheibenförmige Elemente
im Drehmomentfluß angeordnet sind und zwischen diesen scheibenförmigen Ele
menten zumindest ein Kraftspeicher unter Kraftbeaufschlagung ein Drehmoment
überträgt, wobei eine Relativverdrehung der scheibenförmigen Elemente aufgrund
der Kraftbeaufschlagung resultiert, vorteilhaft sein, wenn die im wesentlichen
scheibenförmigen Elemente an ihren radial äußeren Bandbereichen magnetisierte
Bereiche aufweisen, die über den Umfang betrachtet eine Mehrzahl von Magnet
polen aufweisen und zumindest ein Sensor mittels des von diesen Magnetpolen
generierten resultierenden Magnetfeldes zumindest eine Drehzahl der im wesent
lichen scheibenförmigen Elemente und/oder eine Reiativverdrehung der schei
benförmigen Elemente gegeneinander detektiert.
Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn die Randbereiche des im wesentlichen schei
benförmigen Elemente, wie Scheiben, mit einer Magnetisierung mit alternierenden
Polen versehen sind, wobei die Magnetpole der beiden Scheiben in einem Zu
stand ohne Relativverdrehung gleich ausgerichtet sind, so daß im wesentlichen
ein Magnetfeld resultiert, das Feldlinien in/senkrecht zu der Ebene der Scheiben
aufweist, wobei bei einem Zustand mit Relativverdrehung ein Magnetfeld mit Feld
linien auch senkrecht zu/in der Ebene der Scheiben resultiert.
Weiterhin kann es zweckmäßig sein, wenn zumindest ein Sensor eine Magnet
feldkomponente detektiert, wobei diese Magnetfeldkomponenten im wesentlichen
verschwindet, wenn keine Reiativverdrehung vorliegt und diese Magnetfeldkom
ponente zumindest mit beginnender Relativverdrehung zunimmt, wobei der Sen
sor ein eine Relativverdrehung repräsentierendes Signal liefert.
Ebenso ist es zweckmäßig, wenn das erste im wesentlichen scheibenförmige
Element an seinem radial äußeren Randbereich über den Umfang verteilt alternie
rend magnetisierte Magnetpole aufweist, das zweite im wesentlichen scheiben
förmige Element gleich magnetisierte am Umfang beabstandete Zungen aufweist,
welche die umgekehrt magnetisierten Pole der ersten Scheibe im Zustand ohne
Reiativverdrehung abdecken und zumindest bei beginnender Reiativverdrehung
zunehmend freigeben, wobei zumindest ein Sensor das resultierende Magnetfeld
als Funktion der Reiativverdrehung detektiert.
Vorteilhaft ist es gemäß des erfinderischen Gedankens, wenn die Zungen des
zweiten im wesentlichen scheibenförmigen Elementes zwischen den Magnetpolen
des ersten im wesentlichen scheibenförmigen Elementes und dem Sensor ange
ordnet sind.
Ebenso ist es zweckmäßig, wenn die Zungen parallel zu einer Ebene der schei
benförmigen Elemente am Randbereich eines scheibenförmigen Elementes aus
gebildet sind und der magnetisierte Bereich des anderen scheibenförmigen Ele
mentes in dieser Ebene ausgerichtet ist.
Ebenso ist es zweckmäßig, wenn die Zungen im wesentlichen senkrecht zu einer
Ebene der scheibenförmigen Elemente am Randbereich eines scheibenförmigen
Elementes ausgebildet sind und der magnetisierte Bereich des anderen schei
benförmigen Elementes im wesentlichen senkrecht zu dieser Ebene ausgerichtet
ist und die Zungen den Randbereich des anderen scheibenförmigen Elementes in
axialer Richtung zumindest teilweise umgreifen.
Ebenso ist es zweckmäßig, wenn der magnetisierte Bereich des anderen schei
benförmigen Elementes, welcher im wesentlichen senkrecht zu einer Ebene der
scheibenförmigen Elemente ausgerichtet ist, der senkrecht zu dieser Ebene ste
hende Randbereich eines scheibenförmigen Elementes ist.
Ebenso ist es vorteilhaft, wenn die Steuereinheit aus der detektierten oder be
stimmten Relativverdrehung zweier Elemente mittels zumindest einer Kraftspei
cherkennlinie eine Kraftbeaufschlagung der zwischen den Elementen angeord
neten Kraftspeichern bestimmt und somit eine Antriebskraft oder ein Antriebsmo
ment bestimmt.
Die Erfindung sei anhand der Figuren näher erläutert.
Dabei zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeuges,
Fig. 2 einen Schnitt eines erfindungsgemäßen Aktors,
Fig. 2a eine Schaltkulisse eines Getriebes,
Fig. 3 einen Schnitt eines erfindungsgemäßen Aktors,
Fig. 4 einen Schnitt eines erfindungsgemäßen Aktors,
Fig. 5a einen Schnitt eines erfindungsgemäßen Aktors,
Fig. 5b einen Schnitt eines erfindungsgemäßen Aktors,
Fig. 5c einen Ausschnitt eines Aktors,
Fig. 6a ein Element mit Kraftspeichern,
Fig. 6b ein Element mit Kraftspeichern,
Fig. 7 einen Aktor und einen Teil eines Getriebes,
Fig. 8 einen Schnitt eines erfindungsgemäßen Aktors,
Fig. 9 einen Schnitt eines erfindungsgemäßen Aktors,
Fig. 10 einen Schnitt eines erfindungsgemäßen Aktors,
Fig. 11 einen Schnitt eines erfindungsgemäßen Aktors,
Fig. 12 ein Element eines Aktors,
Fig. 13 einen Schnitt eines erfindungsgemäßen Aktors,
Fig. 14 eine Tabelle,
Fig. 15a eine Anordnung eines Sensors,
Fig. 15b eine Anordnung eines Sensors,
Fig. 16a ein Diagramm,
Fig. 16b ein Diagramm,
Fig. 16c ein Diagramm,
Fig. 17a eine Anordnung eines Sensors,
Fig. 17b eine Anordnung eines Sensors,
Fig. 17c eine Anordnung eines Sensors,
Fig. 17d eine Anordnung eines Sensors,
Fig. 18a eine Anordnung eines Sensors,
Fig. 18b eine Anordnung eines Sensors,
Fig. 18c eine Anordnung eines Sensors,
Fig. 19a ein Diagramm,
Fig. 19b ein Diagramm,
Fig. 20 eine erfindungsgemäße Vorrichtung,
Fig. 21 eine erfindungsgemäße Vorrichtung,
Fig. 22 eine erfindungsgemäße Vorrichtung,
Fig. 23 eine erfindungsgemäße Vorrichtung,
Fig. 24 eine erfindungsgemäße Vorrichtung,
Fig. 25 eine erfindungsgemäße Vorrichtung,
Fig. 26 eine erfindungsgemäße Vorrichtung,
Fig. 27 eine erfindungsgemäße Vorrichtung,
Fig. 28 eine erfindungsgemäße Vorrichtung,
Fig. 29 eine erfindungsgemäße Vorrichtung,
Fig. 30 eine erfindungsgemäße Vorrichtung,
Fig. 31 eine erfindungsgemäße Vorrichtung,
Fig. 32 eine erfindungsgemäße Vorrichtung,
Fig. 33 eine erfindungsgemäße Vorrichtung,
Fig. 34 eine erfindungsgemäße Vorrichtung,
Fig. 35 eine erfindungsgemäße Vorrichtung,
Fig. 36 eine erfindungsgemäße Vorrichtung,
Fig. 37 eine erfindungsgemäße Vorrichtung,
Fig. 38 eine erfindungsgemäße Vorrichtung,
Fig. 39 eine erfindungsgemäße Betätigungsvorrichtung,
Fig. 40 eine erfindungsgemäße Betätigungsvorrichtung,
Fig. 41a ein Schnitt aus Fig. 39,
Fig. 41b eine Ansicht aus Fig. 39,
Fig. 41c ein Schnitt aus Fig. 39 und
Fig. 42 ein Ausschnitt einer Betätigungsvorrichtung.
Die Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeuges mit einem
Antriebsmotor 1, wie Verbrennungskraftmaschine, mit einem Drehmomentübertra
gungssystem 2 und einem Getriebe 3 im Antriebsstrang. Weiterhin ist ein Diffe
rential 4, sind Abtriebswellen 5 und von den Abtriebswellen angetriebene Räder 6
dargestellt. An den Rädern können nicht dargestellte Drehzahlsensoren angeord
net sein, welche die Drehzahlen der Räder detektieren. Die Drehzahlsensoren
können auch zu anderen Elektronikeinheiten funktional zugehören, wie beispiels
weise einem Antiblockiersystem (ABS). Aus zumindest einer Raddrehzahl kann
mittels einer Steuereinheit 7 zumindest eine Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder
eine Getriebedrehzahl bestimmt werden.
Die Antriebseinheit 1, kann auch als Hybridantrieb mit beispielsweise einem Elek
tromotor, einem Schwungrad mit Freilauf und einer Verbrennungs-Kraftmaschine
ausgestaltet sein.
Das Drehmomentübertragungssystem 2 ist als Reibungskupplung ausgestaltet,
wobei das Drehmomentübertragungssystem auch beispielsweise als Magnetpul
verkupplung, Lamellenkupplung oder Drehmomentwandler mit Wandlerüber
brückungskupplung oder einer anderen Kupplung ausgestaltet sein kann. Die
Reibungskupplung kann auch als eine einen Verschleiß nachstellende selbstein
stellende Kupplung ausgebildet sein.
Die Vorrichtung zur automatisierten Betätigung eines Getriebes 3 umfaßt eine
Steuereinheit 7 und einen von der Steuereinheit 7 ansteuerbaren Aktor 8. Ebenso
kann die Steuereinheit 7 einen Aktor 11 ansteuern, zur automatisierten Betätigung
des Drehmomentübertragungssystems 2. In der Fig. 1 ist eine Steuereinheit 7
und einen schematisch dargestellten Aktor 8 zu erkennen. Die Steuereinheit 7
kann als integrierte Steuereinheit ausgebildet sein, welche die Steuerung oder
Regelung beispielsweise des Drehmomentübertragungssystems und des Getrie
bes durchführt. Weiterhin kann auch eine Motorelektronik in der Steuereinheit
integriert sein. Ebenso kann die Ansteuerung des Drehmomentübertragungssy
stems und des Getriebes, respektive der Aktoren 7, 11 zur Betätigung des
Drehmomentübertragungssystems und des Getriebes von unterschiedlichen
Steuereinheiten durchgeführt werden.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich weiterhin auf die ältere Anmeldung DE 195 04 847,
deren Inhalt ausdrücklich zum Offenbarungsinhalt der vorliegenden
Anmeldung gehört.
Ebenso ist es möglich, daß die Steuereinheiten von Drehmomentübertragungssy
stem, Getriebe und/oder Motorsteuerung getrennt angeordnet sind und über Da
ten- und/oder Signalleitungen miteinander kommunizieren.
Weiterhin stehen die Steuereinheiten oder Elektronikeinheiten mit Sensoren in
Signalverbindung, die der Steuereinheit oder den Steuereinheiten die Betriebspa
rameter des aktuellen Betriebspunktes übermitteln.
Ebenso ist es möglich, daß die Steuereinheit alle benötigten Informationen über
Datenleitungen oder einen Datenbus erhält.
Die Steuereinheit 7 ist mit einer Computereinheit ausgestattet um die eingehen
den Signale und Systemgrößen empfangen, verarbeiten, abspeichern, abrufen
und weiterleiten zu können. Weiterhin generiert die Steuereinheit Steuergrößen
und/oder Signale zur Ansteuerung von Aktoren zur Betätigung, sowie zur Weiter
leitung an andere Elektronikeinheiten.
Das Drehmomentübertragungssystem 2 ist auf ein Schwungrad 2a montiert oder
mit diesem verbunden. Das Schwungrad kann als einteiliges Schwungrad oder als
geteiltes Schwungrad mit Primärmasse und Sekundärmasse ausgestaltet sein,
wobei zwischen den Einzelschwungmassen, wie beispielsweise zwischen der
Primärmasse und der Sekundärmasse, eine Torsionsschwingungsdämpfungsein
richtung angeordnet ist. Weiterhin kann ein Anlasserzahnkranz 2b an dem
Schwungrad angeordnet sein. Die Kupplung weist eine Kupplungsscheibe 2c mit
Reibbelägen und eine Druckplatte 2d sowie ein Kupplungsdeckel 2e und eine
Tellerfeder 2f auf. Die selbsteinstellende Kupplung weist zusätzlich noch Mittel
auf, welche eine Verstellung und ein Verschleißnachstellung erlauben, wobei ein
Sensor, wie Kraft- oder Wegsensor vorhanden ist, welcher eine Situation detek
tiert, in welcher eine Nachstellung aufgrund beispielsweise von Verschleiß not
wendig ist und bei einer Detektion auch selbsttätig durchgeführt wird.
Das Drehmomentübertragungssystem wird mittels eines Ausrückers 9 beispiels
weise mit einem Ausrücklager 10 betätigt. Die Steuereinheit 7 steuert den Aktor 11
an, welcher die Betätigung der Kupplung durchführt. Die Betätigung des Ausrüc
kers kann elektromotorisch, elektrohydraulisch, wie beispielsweise druckmittelbe
tätigt, wie hydraulisch oder mittels eines anderen Betätigungsmechanismus erfol
gen. Der Ausrücker 9 mit Ausrücklager 10 kann als Zentralausrücker ausgebildet
sein, der koaxial zur Getriebeeingangswelle angeordnet ist und mittels Beauf
schlagung beispielsweise der Tellerfederzungen der Kupplung die Kupplung ein-
und ausgerückt. Der Ausrücker kann aber auch als mechanischer Ausrücker aus
gestaltet sein, welcher ein Ausrücklager oder ein vergleichbares Element betätigt,
beaufschlagt oder bedient.
Der Aktor 8 betätigt insbesondere mit seinem zumindest einen Ausgangs- oder
Betätigungselement oder mit mehreren Ausgangs- oder Betätigungselementen
das Getriebe 3 zum Schalten und/oder Wählen. Die Ansteuerung der Schalt-
und/oder Wählbetätigung hängt von der Bauart des Getriebes ab.
Es sind insbesondere Getriebe mit einer zentralen Schaltwelle zu betrachten, bei
welchen ein Schalt- oder Wählvorgang durch eine axiale Betätigung oder eine
Betätigung in Umfangsrichtung der zentralen Schaltwelle, respektive umgekehrt
erfolgt. Ein Aktor betätigt beispielsweise mit einem Betätigungselement die axiale
Betätigung der zentralen Schaltwelle und mit einem anderen Betätigungselement
die Betätigung der Welle in Umfangsrichtung. Dabei kann die Schaltbewegung in
Umfangsrichtung erfolgen und die Wählbetätigung in axialer Richtung oder umge
kehrt.
Weiterhin sind Getriebe mit zwei Wellen zu betrachten, bei welchen jeweils eine
Welle zum Schalten und einer Welle zum Wählen der Getriebeübersetzung vor
handen sind, wobei beide Wellen in Umfangsrichtung betätigt werden um einen
Schaltvorgang oder einen Wählvorgang durchzuführen.
Ebenso sind Getriebe mit Schaltstangen zu betrachten, bei welchen die Schalt
stangen in axialer Richtung betätigt werden um mit einem Schaltvorgang eine
Getriebeübersetzung zu schalten, wobei ein Wählvorgang durch die Auswahl der
betätigten Schaltstange erfolgt.
Die Wellen oder Schaltstangen stellen getriebeinterne Schaltelemente dar oder
die Wellen betätigen solche innerhalb des Getriebes bei einer Betätigung. Der
Aktor 8 betätigt direkt oder indirekt getriebeinterne Schaltelemente zum Einlegen,
Herausnehmen oder Wechseln von Gangstufen oder Übersetzungsstufen, wie
eine zentrale Schaltwelle, Wellen oder Schaltstangen oder andere Schaltelemen
te.
Die Steuereinheit 7 ist über die Signalverbindung 12 mit dem Aktor 8 verbunden,
so daß Steuersignale und/oder Sensorsignale oder Betriebszustandssignale aus
getauscht, weitergeleitet oder abgefragt werden können. Weiterhin stehen die
Signalverbindung 13 und 14 zur Verfügung, über welche die Steuereinheit mit
weiteren Sensoren oder Elektronikeinheiten zumindest zeitweise in Signalverbin
dung stehen. Solche anderen Elektronikeinheiten können beispielsweise die Mo
torelektronik, eine Antiblockiersystemelektronik oder eine Antischlupfregelungse
lektronik sein. Weitere Sensoren können Sensoren sein, die allgemein den Be
triebszustand des Fahrzeuges charakterisieren oder detektieren, wie zum Beispiel
Drehzahlsensoren des Motors oder von Rädern, Drosselklappenstellungssenso
ren, Gaspedalstellungssensoren oder andere Sensoren. Die Signalverbindung 15
stellt eine Verbindung zu einem Datenbus her, wie beispielsweise CAN-Bus, über
welchen Systemdaten des Fahrzeuges oder anderer Elektronikeinheiten zur Ver
fügung gestellt werden können, da die Elektronikeinheiten in der Regel durch
Computereinheiten miteinander vernetzt sind.
Ein automatisiertes Getriebe kann derart geschaltet werden oder einen Gang
wechsel erfahren, daß dies von dem Fahrer des Fahrzeuges initiiert wird, in dem
er mittels beispielsweise eines Schalters, eines Tasters oder einer anderen Ge
triebewahleinrichtung 40 ein Signal zum Herauf- oder Herunterschalten gibt. Wei
terhin könnte auch ein Signal zur Wahl des nächsten einzulegenden Ganges
gegeben werden. Entsprechend kann auch mittels eines elektronischen Schalthe
bels ein Signal zur Verfügung gestellt werden, in welchen Gang das Getriebe
schalten soll.
In einem anderen Getriebeprogramm kann eine automatisierte Betätigung des
Getriebes gewählt werden, so daß die Wahl des aktuellen Ganges in Abhängig
keit von den Betriebsparametern durchgeführt wird und gegebenenfalls ein
Schaltvorgang automatisiert eingeleitet wird. Ein automatisiertes Getriebe kann
aber auch mittels beispielsweise Kennwerten, Kennlinien oder Kennfeldern und
auf der Basis von Sensorsignalen bei gewissen vorbestimmten Punkten einen
Gangwechsel selbständig durchführen, ohne daß der Fahrer einen Gangwechsel
veranlassen muß.
Weiterhin kann beispielsweise eine Neutralposition N eingestellt werden, in wel
cher keine Antriebsverbindung zwischen Getriebeeingang und Getriebeausgang
vorliegt. Weiterhin kann eine Parkstellung P gewählt werden, in welcher eine
Parksperre realisiert wird. Diese Parkstellung kann auch automatisch gewählt
werden, wenn beispielsweise der Zündschlüssel 51 aus dem Zündschloß abgezo
gen wird und der Betriebszustand des Fahrzeuges dies erlaubt. Beispielsweise sei
ein Abziehen des Zündschlüssels bei hohen Geschwindigkeiten genannt, wobei in
dieser Situation eine Parksperre nicht automatisiert eingelegt werden sollte.
Die Getriebewahleinheit 40 kann somit auf einen Bereich M, wie manuelle fahrer
seitige Gangwahl, einen Bereich D, wie automatische Gangwahl zum Fahrbetrieb,
einen Bereich P, wie Parksperre, und/oder einen Bereich N, wie Neutralstellung,
eingestellt werden. Weiterhin kann über beispielsweise Schalter oder einen Hebel
ein manuelles Schalten eingeleitet werden.
Das Fahrzeug ist vorzugsweise mit einem elektronischen Gaspedal 23 oder La
sthebel ausgestattet, wobei das Gaspedal 23 einen Sensor 24 ansteuert, mittels
welchem die Motorelektronik 20 beispielsweise die Kraftstoffzufuhr, Zündzeit
punkt, Einspritzzeit oder die Drosselklappenstellung über die Signalleitung 21 des
Motors 1 steuert oder regelt. Das elektronische Gaspedal 23 mit Sensor 24 ist
über die Signalleitung 25 mit der Motorelektronik 20 signalverbunden. Die Moto
relektronik 20 ist über die Signalleitung 22 mit der Steuereinheit 7 in Signalver
bindung. Weiterhin kann auch eine Getriebesteuerelektronik 30 in Signalverbin
dung mit den Einheiten 7 und 20 stehen. Eine elektromotorische Drosselklappen
steuerung ist hierfür zweckmäßig, wobei die Position der Drosselklappe mittels der
Motorelektronik angesteuert wird. Bei solchen Systemen ist eine direkte mechani
sche Verbindung zum Gaspedal nicht mehr notwendig oder zweckmäßig.
Das Fahrzeug verfügt weiterhin über eine Motorstarteinrichtung 50, welche aus
gehend von einem fahrerseitigen Motorstartversuch mittels beispielsweise einer
Betätigung des Zündschlüssels 51 im Zündschloß eine Motorelektronik und einen
Anlasser ansteuert zum Starten und/oder Anlassen des Motors.
Die Fig. 2 zeigt einen Schnitt eines erfindungsgemäßen Aktors 100, welcher von
einer Steuereinheit angesteuert wird zur Betätigung eines Getriebes, wie zum
Schalten oder Wählen von Getriebeübersetzungen. Der Aktor 100 betätigt ein
Getriebe 3, welches zum Schalten oder Wählen der Getriebeübersetzung jeweils
eine Welle aufweist.
Die Welle 101 wird zum Schalten der Gänge betätigt, wobei die Welle 102 zum
Wählen der Getriebeübersetzung angesteuert wird. Zur Betätigung der Schalt
welle 101 oder der Wählwelle 102 zum Schalten oder Wählen der Getriebeüber
setzung wird die Schaltwelle oder die Wählwelle um einen vorbestimmten Winkel
betrag durch jeweils eine Antriebseinheit und beispielsweise ein nachfolgendes
Getriebe verschwenkt oder gedreht.
Die Fig. 2a zeigt eine Schaltkulisse 190 mit Schaltgassen 191 und der Wählgas
se 192, wobei der Wählvorgang ein Wählvorgang zwischen Schaltgassen 191 ist
und der Schaltvorgang eine Betätigung innerhalb einer Schaltgasse 191. Das
Schaltschema oder die Schaltkulisse 190 ist anhand eines typischen 5-Gang-Ge
triebes mit Rückwärtsgang dargestellt, wobei die Lage des Rückwärtsganges
auch im Bereich der strichlierten Linie 193 angeordnet sein kann. Weiterhin kön
nen als Schaltkulisse alle typischen Schaltkulissen für 4-Gang-, 5-Gang- oder 6-Gang-Ge
triebe als gleichwertig angesehen werden, wobei die einzelnen Lagen
der Gänge sich aus dem Aufbau der Getriebe ergibt.
Der Aktor 100 der Fig. 2 betätigt zum Schalten und/oder Wählen die Schaltwelle
101 und die Wählwelle 102. Der Aktor 100 weist zwei Antriebseinheiten 103 und
104 auf, die durch eine Ansteuerung seitens der Steuereinheit 7 einen automati
sierten Schaltvorgang oder Wählvorgang durchführen.
Die Antriebseinheiten 103, 104 sind in vorteilhafter Ausgestaltung als Elektromoto
ren, wie Gleichstrommotoren, Wechselstrommotoren, Wanderwellenmotoren oder
ähnliches, ausgestaltet.
Die Antriebseinheit 103, wie Elektromotor, treibt eine Motorwelle 105 an, die im
Bereich 106 gelagert ist. Die Motorwelle 105 trägt eine Schnecke 107, welche ein
Schneckenrad 108 kämmt. Das Schneckenrad 108 ist im Bereich der Welle 109
drehbar gelagert. Mit dem Schneckenzahnrad 108 ist ein Zahnrad 110 drehfest
verbunden, wie beispielsweise einstückig ausgebildet. Das Zahnrad 110 kann ein
Stirnrad, ein Kegelrad oder ein anderes Zahnrad sein. Mit der Welle 101 ist ein
Hebel 111 drehfest verbunden, wie beispielsweise über eine Verzahnung aufge
nommen, wobei der Hebel 111 in seinem einen Endbereich 111a eine Verzah
nung 112 aufweist, die in die Verzahnung 110a des Zahnrades 110 eingreift.
Durch die Antriebsbewegung des Elektromotors wird die Welle 105 angetrieben,
wodurch über die Schnecke und das Schneckenzahnrad das Zahnrad 110 ange
trieben wird, welches die Verzahnung des Hebels kämmt, wodurch der Hebel 111
verdreht wird und dadurch die Achse 101 zum Schalten betätigt wird.
Entsprechendes gilt für die Betätigung der Welle 102 mittels des Elektromotors
104, wobei der Elektromotor 104 die Welle 120 antreibt, wobei mit der Welle 120
eine Schnecke 121 drehfest verbunden ist, die das Schneckenzahnrad 122
kämmt. Mit dem Schneckenzahnrad 122 ist ein Zahnrad 123 verbunden. Mit der
Welle 102, wie Wählwelle, ist ein Hebel 124 verbunden, wie beispielsweise über
eine Verzahnung, wobei der Hebel im vorderen Bereich 124a eine Verzahnung
125 aufweist, die mit der Verzahnung des Zahnrades 123 in Wirkverbindung ist.
Durch die Rotation oder Verdrehung des Zahnrades 123 wird der Hebel 124 ver
schwenkt und dadurch die Welle 102 zum Wählen betätigt.
Die Achsen der Motorwellen 130 und 131 sind in diesem Ausführungsbeispiel
parallel angeordnet, so daß die Ausrichtung der Polgehäuse 132 und 133 der
Elektromotoren 103 und 104 im wesentlichen parallel angeordnet sind. Weiterhin
ist es möglich, daß die Achse 130 und 131 in einem vorgegebenen Winkel zuein
ander angeordnet sind, der ungleich null ist. Vorzugsweise können die beiden
Motoren in einem Winkel beispielsweise von 90° oder in einem Bereich von 30°
bis 150° angeordnet sein.
Die Ebene, die durch die Achse 130 und das Schneckenrad 108 angeordnet ist,
kann die gleiche Ebene sein, in der die Achse 131 und das Schneckenrad 122
angeordnet ist. Weiterhin können diese Ebenen auch parallel zueinander versetzt
sein oder in einem vorgebbaren Winkel zueinander angeordnet sein.
Der Antrieb zum Wählen oder Schalten des Getriebes ist jeweils durch einen
Elektromotor und ein zweistufiges Getriebe mit einer ersten Getriebestufe als
Schneckengetriebe und einer zweiten Getriebestufe im wesentlichen als Stirn
radstufe ausgebildet. Die Stirnradstufe wird durch ein von dem Schneckenrad
angetriebenes Zahnrad sowie ein als Hebel ausgebildetes Segmentzahnrad ge
bildet.
Nach einem weiteren vorteilhaften Gedanken kann innerhalb des Aktors 100 zu
mindest ein Teil der Steuerelektronik oder Leistungselektronik aufgenommen sein.
Bei einem anderen vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung kann es
zweckmäßig sein, wenn die Steuer- und Leistungselektronik in einem separaten
Gehäuse angeordnet ist.
Der Aktor 100 kann in vorteilhafter Weise auf das Getriebe 3 aufgenommen sein,
wie beispielsweise angeflanscht oder angeschraubt sein.
Das Getriebe 3 ist als konventionelles Schaltgetriebe mit Zugkraftunterbrechung
ausgestaltet. Der Aktor 100 ist als add-on-Aktor ausgestaltet, der statt einer Me
chanik zur manuellen Betätigung des Getriebes auf das Getriebe aufgesetzt wer
den kann zur automatisierten Betätigung des Getriebes.
Der Aktor 100 weist ein Gehäuse 140 auf, an welchen die Elektromotoren 103 und
104 befestigt sind oder mit diesem verbunden sind, wobei die Motorwelle durch
eine Öffnung in das Gehäuse 140 hineinragt und die Getriebe, wie Schneckenge
triebe oder Stirnradgetriebe oder andere Getriebe, innerhalb des Gehäuses 140
angeordnet sind. Weiterhin ragen die Wellen 101 und 102 durch zumindest eine
Öffnung in das Gehäuse hinein. Nach einem weiteren erfindungsgemäßen Ge
danken kann es zweckmäßig sein, wenn zur Betätigung einer Schalt- und einer
Wahlwelle je ein Ausgangselement des Aktors in das Getriebe hineinragt, um über
eine beispielsweise formschlüssige Verbindung oder reibschlüssige Verbindung
getriebeinterne Schaltelemente zum Schalten oder Wählen des Getriebes zu
betätigen.
Die Fig. 3 zeigt einen Aktor 200 zur Betätigung, wie zum Schalten oder Wählen
der Übersetzung, eines Getriebes.
Das Getriebe weist in diesem Ausführungsbeispiel eine zentrale Schaltwelle 205
auf, die zum Schalten in Umfangsrichtung verdrehbar ist und zum Wählen in
axialer Richtung betätigbar ist.
Der Antrieb 201, wie Elektromotor, weist eine Motorwelle 206 auf, die beispiels
weise im Bereich der Lager 207a und 207b gelagert ist. Die Motorwelle 206 weist
eine Schnecke 208 auf, die ein Schneckenzahnrad 209 kämmt. Mit dem Schnec
kenzahnrad 209 ist ein Zahnrad 210 drehfest verbunden oder einstückig ausge
bildet. Mit der zentralen Schaltwelle 205 ist ein Hebel 211 drehfest verbunden, wie
beispielsweise über eine Verzahnung oder eine formschlüssige Verbindung, wo
bei der Hebel 211 im vorderen Bereich 211a eine Verzahnung 212 aufweist, die in
die Verzahnung 210a des Zahnrades 210 eingreift. Treibt der Motor 201 für die
Schnecke das Schneckenzahnrad an, so wird über das Zahnrad 210 und die Ver
zahnung 212 der Hebel 211 verschwenkt und somit die zentrale Schaltwelle in
Umfangsrichtung betätigt.
Der Antriebsmotor 202, wie Elektromotor, treibt eine Motorwelle 220 an, die im
Bereich 221 gelagert sein kann. Mit der Motorwelle 220 ist eine Schnecke 222
verbunden, die ein Schneckenzahnrad antreibt oder kämmt, wobei das Schnec
kenzahnrad bezüglich der Achse 223 angeordnet ist, jedoch in dieser Darstellung
nicht erkennbar ist. Mit dem Schneckenzahnrad ist ein weiteres Zahnrad 224
drehfest verbunden oder einstückig ausgebildet. Zur Betätigung der zentralen
Schaltwelle in axialer Richtung ist eine Gabel 230 angeordnet, welche bezüglich
der Achse 231 verschwenkbar ist. Mit der Gabel 230 ist ein Hebelarin 232 dreh
fest verbunden, welcher im Bereich 232a eine Verzahnung aufweist, die in die
Verzahnung des Zahnrades 224 eingreift. Durch den Antrieb der Welle 220 und
der Schnecke wird das Schneckenzahnrad verdreht, wodurch das Zahnrad 224
ebenfalls verdreht wird. Dadurch wird der Hebel 232 um die Achse 231 verdreht,
so daß die Gabel 230, welche mit einer formschlüssigen Verbindung die zentrale
Schaltwelle betätigt, eine Betätigung der zentralen Schaltwelle in axialer Richtung
bewirkt.
Die Fig. 4 zeigt eine Ansicht des Aktors 200, wobei die Antriebseinheiten 201
und 202 mit ihren Polgehäusen 203 und 204 zu erkennen sind. Die Elektromoto
ren sind an das Gehäuse 240 angeschraubt oder angeflanscht, wobei die Motor
wellen 206 und 220 durch zumindest eine Öffnung in das Gehäuse 240 hineinra
gen. Die Schnecke 222 treibt das Schneckenzahnrad 223a an, welches mit dem
Zahnrad 224 formschlüssig oder drehfest verbunden ist. Über das Zahnrad 224
wird der verschwenkbare Hebel 232 verdreht, woraufhin die Gabel 230 um die
Achse 231 verdreht wird. Die Gabel 230 greift in den Raumbereich der zentralen
Schaltwelle zwischen den im wesentlichen ringförmigen Bereichen 241 und 242
ein, wobei eine formschlüssige Verbindung gewährleistet ist. Durch die Betätigung
oder Verdrehung der Gabel 230 um die Achse 231 wird die zentrale Schaltwelle
205 in axialer Richtung betätigt.
Die Fig. 5a zeigt die Antriebseinheit 201 mit Polgehäuse 203 und der Motorwelle
206, wobei die Schnecke 208 das Schneckenzahnrad 209 kämmt. Das Schnec
kenzahnrad ist bezüglich der Achse 260 drehbar angeordnet, wobei das Zahnrad
210, welches den Hebel 211 antreibt, mit dem Schneckenzahnrad drehfest ver
bunden ist. Der Zapfen 261 dient der Lagerung von dem Zahnrad 210 und/oder
dem Schneckenrad 209 im Bereich des Gehäuses 240, das in diesem Ausfüh
rungsbeispiel nicht dargestellt ist.
Die Fig. 5b zeigt die Antriebseinheit 201, wie Elektromotor, mit Polgehäuse 203.
Die Motorwelle 206 weist eine Schnecke 208 auf, die ein Schneckenzahnrad 209
kämmt. Dem Schneckenzahnrad 209 ist ein im wesentlichen kreisringförmiges
Element 270 drehfest verbunden, wobei dieses im wesentlichen kreisringförmige
Element im wesentlichen durch die Elemente 270a und 270b aufgebaut ist. Die
Elemente 270a und 270b sind beispielsweise zwei beabstandete scheibenförmige
Elemente, die drehfest miteinander verbunden sind. Zwischen die kreisringförmi
gen, scheibenförmigen Elemente 270a und 270b ist ein im wesentlichen kreis
ringförmiges Element 271 angeordnet. Das Element 271 weist Fenster auf 272, in
welchen Kraftspeicher 273 aufgenommen sind. Die Kraftspeicher sind mit Vor
spannung in Aufnahmen der Elemente 270a und 270b aufgenommen, wobei die
Kraftspeicher durch die Fenster 272 des Elementes 271 reichen. Erfolgt eine Re
iativverdrehung der Elemente 270a, 270b relativ zu dem Elemente 271, werden
die Kraftspeicher in Umfangsrichtung beaufschlagt und es erfolgt eine Drehmo
mentübertragung von den scheibenförmigen Teilen 270a, 270b über die
Kraftspeicher auf das scheibenförmige Element 271. Mit diesem scheibenförmigen
Element 271 ist die Welle 275 drehfest verbunden und das Zahnrad 210 ist mit
der Welle 275 drehfest verbunden, so daß zwischen dem Antrieb des Schnecken
zahnrades 209 und dem Zahnrad 210 eine Federstufe in Wirkungsrichtung zwi
schengeschaltet ist. Die Kraftspeicher 273 sind unter Vorspannung in die Fenster
der Elemente 270a, 270b und 271 aufgenommen, so daß eine Relativverdrehung
des Elementes 271 in bezug auf die Elemente 270a, 270b erst erfolgt, wenn die
Kraftbeaufschlagung des einen Elementes relativ zu dem anderen Element größer
als die Vorspannung ist.
Wird die Vorspannung durch die Kraftbeaufschlagung überschritten, so wirkt der
Kraftspeicher als Elastizität.
Die Fig. 5c zeigt einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Aktors, wobei die
beiden Sensoren 278 und 279 die Bewegungen der Verzahnungen 277 und 276
abtasten respektive detektieren. Die Verzahnungen 276 und 277 sind an den
relativ zueinander verdrehbar angeordneten Elementen, wie scheibenförmigen
Teilen 270b, 271 angebracht. Die scheibenförmigen Teile 270b und 271 weisen
die Verzahnungen im radial äußeren Randbereich auf. Die Sensoren sind derart
ausgebildet, daß sie die an den im wesentlichen ortsfest angeordneten Sensoren
sich vorbei bewegenden Zähne der Verzahnungen berührungslos detektieren. Die
Sensoren detektieren dies beispielsweise induktiv oder über eine magnetische
Kenngröße als Hall-Effektsensor oder über eine andere berührungslose Art, wie
beispielsweise optisch. Der Strahl eines optischen Gebers könnte durch die Ver
zahnungen periodisch unterbrochen oder freigegeben werden, so daß ein gepul
ster Strahl resultiert und ein Sensor könnte diesen gepulsten Strahl detektieren.
Als optischer Sensor kann jeder Sensor angesehen werden, der mit Strahlen,
insbesondere elektromagnetischen Strahlen, operiert.
Die beiden Sensoren 278 und 279 detektieren die Lage und/oder die Geschwin
digkeit und/oder die Beschleunigung der Elemente 270b, 271 getrennt und die
zentrale Steuereinheit kann anhand der Sensorsignale die relative Verdrehung
der beiden Teile 270b und 271 berechnen.
Die Fig. 6a und 6b zeigen die kreisringförmigen Elemente 270a, 270b und 271
mit ihren im wesentlichen fensterförmigen Aufnahmen 272 und 274, sowie mit den
Kraftspeichern 273. Das kreisringförmige Element 271 weist im radial äußeren
Bereich 275 eine Verzahnung 276 auf, die als Inkrementalgeber zur Detektion der
Drehzahl oder der Position der Scheibe 271 dient.
Die Fenster 272 und die Aufnahmen 274, die beispielsweise taschenförmige An
prägungen sein können, nehmen die Kraftspeicher in linearer Anordnung auf,
wobei die Scheiben 270a, 270b und 271 jeweils vier Kraftspeicher aufnehmen, die
jeweils um 90° gegeneinander versetzt sind. Die Kraftspeicher können auch vor
gekrümmte Kraftspeicher sein, die im wesentlichen in einer kreisförmigen Anord
nung in die Öffnungen aufgenommen sind. Weiterhin können die Kraftspeicher
273 als eine Kombination oder Verschachtelung von mehreren Kraftspeichern
gebildet sein, wie beispielsweise zwei ineinander verschachtelte Kraftspeicher.
Die Kraftspeicher 273 sind als Schraubendruckfedern oder beispielsweise als
andere elastische Elemente ausgebildet, wie beispielsweise als elastische Kunst
stoffelemente.
Die Fig. 7 bis 9 zeigen in Schnittdarstellungen ein weiteres Ausführungsbei
spiel eines Aktors 300 mit zwei Antriebseinheiten zur Betätigung eines Schalt-
und/oder Wählvorganges zur Automatisierung eines Schaltgetriebes 301 ohne
Lastschaltfähigkeit.
Das Gehäuse 302 des Aktors 300 wird an das Getriebegehäuse 303 angeflanscht
oder daran befestigt, wie beispielsweise mittels Befestigungsmitteln 304, wie
Schrauben, verschraubt. Der Aktor kann beispielsweise als add-on-Lösung an
Stelle eines Schaltdoms der Handschaltung an einem ebenfalls für eine Hand
schaltung vorsehbaren Getriebe 301 angeflanscht werden. Je ein Antrieb 399
und 398, wie Elektromotor, steht für die Schalt- und für die Wählbewegung zur
Verfügung und betätigt diese. Weiterhin kann ein dritter Antrieb vorgesehen
sein, der die Betätigung des Drehmomentübertragungssystems ansteuert. Ein
solcher Aktor kann ein elektromotorischer Aktor sein. Ebenfalls kann ein
druckmittelbetätigbarer, wie hydraulischer oder pneumatischer, Aktor oder ein
anderer Aktor vorgesehen sein.
An dem Schaltgetriebe 301 ist der Aktor 300 mit den Antrieben, wie Elektro
motoren für das Schalten und das Wählen der Getriebeübersetzung des Ge
triebes 302 angeflanscht.
Die als Elektromotoren ausgebildeten Antriebe 399, 398 sind in der Darstel
lung der Fig. 7 nicht zu erkennen. Sie sind jedoch in den Fig. 8 und 9
dargestellt. Die Elektromotoren weisen jedoch Motorwellen oder Antriebswel
len 305 und 306 auf, die im Schnitt zu erkennen sind. Mit der Motorwelle 305
ist eine Schnecke 307 verbunden, die ein Schneckenzahnrad 308 kämmt und
antreibt. Mit dem Schneckenzahnrad 308 sind die Scheibenförmigen, im we
sentlichen kreisringförmigen Elemente 309a und 309b im wesentlichen dreh
fest verbunden. Die Elemente 309a und 309b sind in axialer Richtung be
trachtet voneinander beabstandet und drehfest miteinander verbunden. Die
Drehfeste Verbindung der Teile 309a und 309b kann beispielsweise mittels
Abstandsbolzen oder Nieten erfolgen. Zwischen den Teilen 309a und 309b ist
ein im wesentlichen kreisringförmiges Element 310 aufgenommen. Die Ele
mente 309a, 309b und 310 weisen fensterförmige Aufnahmen 312 oder Anprä
gungen auf, die zur Aufnahme von Kraftspeichern 311 dienen. Die Kraftspei
cher 311 sind vorzugsweise unter Vorspannung in den Aufnahmen angeord
net. Die Kraftspeicher 311 dienen der Kraftübertragung von den Teilen
309a, 309b zu dem kreisringförmigen Element 310, wobei die Kraft von dem
Kreisringförmigen Element 310 auf die Welle 313 übertragen und weitergelei
tet wird. Die Welle 313 ist mittels der Hülse 314 gegenüber dem Element 309a
drehbar gelagert. Weiterhin ist die Welle 313 mittels des zumindest einen
Lagers 316 im Gehäuse 302 gelagert. Die Vorspannung der Kraftspeicher
dient einer Definition der Kraftbegrenzung bei einer Betätigung der Schaltbe
wegung. Wird beispielsweise bei Erreichen eines Anschlages die Vorspann
kraft der Kraftspeicher 311 überschritten, so können vor einer weiteren Betäti
gung des Getriebes erst einmal die Kraftspeicher kraftbeaufschlagt werden.
Die Welle 313 treibt das Zahnrad 315 an, die Antriebsbewegung des Aktoran
triebes wird von dem Zahnrad 315 über das Zahnrad 317 auf das Zahnrad 318
und von dort auf die zentrale Schaltwelle 320 weitergeleitet. Das Zahnrad 317
ist mittels der Achse 321 und des Lagers 322, wie Gleitlager oder Wälzlager
im Bereich des Gehäuses gelagert.
Das Zahnrad 318 ist mittels einer Innenverzahnung auf der Außenverzahnung
der zentralen Schaltwelle aufgenommen und drehfest verbunden.
Die Schaltbewegung zum Schalten des Getriebes wird ausgehend von dem
Antrieb als Drehbewegung auf die zentrale Schaltwelle 320 übertragen. Die
Bewegungstransformation vom Elektromotor zur zentralen Schaltwelle 320
erfolgt über ein Schneckengetriebe, dessen Schnecke 307 sich auf der verlän
gerten Motorwelle 305 befindet. Das Schneckenzahnrad 308 ist auf einer
Welle 313 gelagert, wobei beide eine Relativdrehung zueinander ausführen
können. Über eine seitlich am Schneckenzahnrad 308 befindliche Mitnehmer
scheibe 309a und vorgespannte Kraftspeicher 311, wie Federn, wird das An
triebsmoment von dem Schneckenzahnrad 308 auf die Welle 313 übertragen.
Weiterhin befindet sich auf der Welle 313 drehfest eine Verzahnung 315, wel
che schließlich über ein Zwischenrad 317 und ein weiteres Zahnrad 318 die
zentrale Schaltwelle 320 antreibt. Das Zwischenrad 317 ist im vorliegenden
Ausführungsbeispiel aus Gründen der Bauraumoptimierung eingefügt. Auf
dieses Zwischenrad kann gegebenenfalls auch verzichtet werden. Hintergrund
ist der mit gegebenenfalls relativ große Schwenkwinkel, den die zentrale
Schaltwelle vollführen kann. Durch das Zwischenrad 317 kann der Achsab
stand der Zahnräder und somit der Platzbedarf reduziert werden. Ebenfalls
kann das Zahnrad 318 als Segmentzahnrad ausgeführt sein, bei welchem eine
Verzahnung nur auf einem nutzbaren Winkelbereich angeordnet ist.
Das Wählen der Gasse des Schaltbildes oder der Schaltkulisse erfolgt durch
das auf- und ab bewegen einer Hülse 330 um die zentrale Schaltwelle 320,
welche über seitliche Finger 340 und 341 eine formschlüssige Verbindung zu
den nachfolgenden getriebeinternen Übertragungsgliedern oder Schaltele
menten 342 und 343 herstellen können. Die Drehbewegung der Welle 306
muß auf die Hülse 330 übertragen werden, was im vorliegenden Ausführungs
beispiel ein Keilwellenprofil 331 gewährleistet, alternativ könnte aber auch z. B.
eine drehmomentenabstützende Linearführung eingesetzt werden.
Angetrieben wird die Hubbewegung der Hülse 330 durch einen Antrieb 398,
wie Elektromotor, über eine auf der verlängerten Motorwelle 306 befindliche
Schnecke 350. Weiterhin wird die Drehbewegung auf ein Schneckenzahnrad
351 übertragen, welches drehfest mit einer Verzahnung 352 versehen ist, über
die nachfolgend ein Segmentzahnrad 353 angetrieben wird. Mit dem Seg
mentzahnrad 353 sind wiederum zwei Hebel 354a und 354b drehfest verbun
den, an deren zwei Enden sich Rollen 355a, 355b befinden, welche in eine Nut
360 auf der Außenseite der Hülse 330 eingreifen. Somit wird die Schwenkbe
wegung der Hebel 354a, 354b in die Hubbewegung der Hülse 330 umgesetzt.
Bei einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel kann es zweckmäßig
sein, wenn nur ein Hebel auf einer Seite in die Hülse 330 eingreift.
Die Rollen 355a, 355b sind mittels Lager 371, Gleitlager, wie Hülsen, oder
Wälzlager in den Aufnahmen der Hebel gelagert.
Die Elektromotoren 399, 398 können mit Inkrementalsensoren ausgestattet
sein. Desweiteren kann eine Strommessung des Motorstromes erfolgen. Die
Signale der Strommessung des Motorstromes werden als Kenngröße des Be
triebszustandes verwendet, wobei die Steuerung in Abhängigkeit beispielswei
se dieses Motorstromes Steuersignale generieren kann.
Die Leistungsendstufe der Steuerelektronik kann in dem Gehäuse des oben
beschriebenen Getriebeaktors integriert sein, es ist aber auch denkbar, daß
die elektrische Leistung von einem Steuergerät übertragen wird. Signale und
elektrische Energie kommen von außen über einen Stecker (nicht gezeigt)
zum Getriebeaktor 300.
Das im Aktor 300 integrierte Getriebe kann entweder direkt oder über ein in
das Aktorgehäuse 302 eingesetztes Trägerteil 370 gelagert sein. Das Träger
teil kann z. B. aus Kunststoff bestehen.
Die Anordnung der Antriebe ist derart gestaltet, daß die Motorwellen parallel
zueinander ausgerichtet sind. Ebenso kann es zweckmäßig sein, wenn die
Achsen einen Winkel einschließen.
Die Fig. 10 bis 12 zeigen in Schnittdarstellungen ein weiteres Ausführungs
beispiel eines Aktors 400 mit zwei Antriebseinheiten 401 und 402 zur Betätigung
eines Schalt- und/oder Wählvorganges zur Automatisierung eines Schaltgetriebes
ohne Lastschaltfähigkeit.
Das Gehäuse 402 des Aktors 400 wird an das Getriebegehäuse angeflanscht
oder daran befestigt, wie beispielsweise verschraubt. Der Aktor kann beispiels
weise als add-on-Lösung an einem Getriebe angeflanscht werden. Je ein An
trieb 401 und 402, wie Elektromotor, steht für die Schalt- und für die Wählbe
wegung zur Verfügung und betätigt diese. Weiterhin kann ein dritter Antrieb
vorgesehen sein, der die Betätigung des Drehmomentübertragungssystems
ansteuert. Ein solcher Aktor kann ein elektromotorischer Aktor sein. Ebenfalls
kann ein druckmittelbetätigbarer, wie hydraulischer oder pneumatischer, Aktor
oder ein anderer Aktor vorgesehen sein.
Die Elektromotoren weisen Motorwellen oder Antriebswellen 405 und 406 auf,
die im Schnitt zu erkennen sind. Mit der Motorwelle 305 ist eine Schnecke 407
verbunden, die ein Schneckenzahnrad 408 kämmt und antreibt. Mit dem
Schneckenzahnrad 408 sind die Scheibenförmigen, im wesentlichen kreis
ringförmigen Elemente 409a und 409b im wesentlichen drehfest verbunden.
Die Elemente 409a und 409b sind in axialer Richtung betrachtet voneinander
beabstandet und drehfest miteinander verbunden. Die Drehfeste Verbindung
der Teile 409a und 409b kann beispielsweise mittels Abstandsbolzen oder
Nieten erfolgen.
Zwischen den Teilen 309a und 309b ist ein im wesentlichen kreisringförmiges
Element 410 aufgenommen. Die Elemente 409a, 409b und 410 weisen fen
sterförmige Aufnahmen 412 oder Anprägungen auf, die zur Aufnahme von
Kraftspeichern 411 dienen. Die Kraftspeicher 411 sind vorzugsweise unter
Vorspannung in den Aufnahmen angeordnet. Die Kraftspeicher 411 dienen der
Kraftübertragung der Antriebskraft oder Antriebsleistung von den Teilen
409a, 409b zu dem kreisringförmigen Element 410, wobei die Kraft von dem
Kreisringförmigen Element 410 auf die Welle 413 übertragen und weitergelei
tet wird. Die Welle 413 ist mittels der Hülse 414 gegenüber dem Element 409a
drehbar gelagert. Weiterhin ist die Welle 413 mittels des zumindest einen
Lagers 416 im Gehäuse 402 gelagert. Die Vorspannung der Kraftspeicher
dient einer Definition der Kraftbegrenzung bei einer Betätigung der Schaltbe
wegung. Wird beispielsweise bei Erreichen eines Anschlages die Vorspann
kraft der Kraftspeicher 411 überschritten, so können vor einer weiteren Betäti
gung des Getriebes erst einmal die Kraftspeicher kraftbeaufschlagt werden.
Die Welle 413 treibt das Zahnrad 415 an, die Antriebsbewegung des Aktoran
triebes wird von dem Zahnrad 415 auf das Segmentzahnrad 418 und von dort
auf die zentrale Schaltwelle 420 weitergeleitet.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 10 bis 12 wird die Schaltbewegung
als Drehbewegung der zentralen Schaltwelle 420 über ein Getriebe, das ver
gleichbar ist mit dem Getriebe der Fig. 7 bis 9, das zwischen Elektromotor
401 und Schaltwelle 420 übertragen. In diesem Ausführungsbeispiel ist das
Zwischenrad 317 der Fig. 8 nicht vorhanden. Weiterhin ist eine weitere vor
teilhafte Drehmomentübertragung von dem Segmentzahnrad 418 auf die zen
trale Schaltwelle 420 realisiert.
Auf der zentralen Schaltwelle 420 sind durch einen Bolzen 421 zwei Rollen
422 und 423 gehalten und drehbar angeordnet. Die Rollen 422 und 423 kön
nen auf Laufbahnen 425a, 425b im Inneren des Segmentzahnrades 418 abrol
len. Die Laufbahnen sind im wesentlichen parallel zu der Achse der zentralen
Schaltwelle ausgerichtet.
Dadurch ist eine für das Wählen notwendige Hubbewegung der zentralen
Schaltwelle 420 gegenüber dem Getriebe- und Aktorgehäuse möglich, bei
gleichzeitiger Verdrehsicherung der zentralen Schaltwelle 420 gegenüber dem
Segmentzahnrad 418.
Die Schaltbewegung zum Schalten des Getriebes wird ausgehend von dem
Antrieb 401 als Drehbewegung der Motorwelle auf die zentrale Schaltwelle
420 übertragen. Die Bewegungstransformation von der Motorwelle des Elek
tromotors zur zentralen Schaltwelle 420 erfolgt über ein Schneckengetriebe,
dessen Schnecke 407 sich auf der verlängerten Motorwelle 405 befindet. Das
Schneckenzahnrad 408 ist auf einer Welle 413 gelagert, wobei beide eine
Relativdrehung zueinander ausführen können. Über eine seitlich am Schnec
kenzahnrad 408 befindliche Mitnehmerscheibe 409a und vorgespannte
Kraftspeicher 411, wie Federn, wird das Antriebsmoment von dem Schnecken
zahnrad 408 auf die Welle 413 übertragen. Weiterhin befindet sich auf der
Welle 413 drehfest eine Verzahnung 415, welche mittels des Segmentzahn
rades 418 die zentrale Schaltwelle 420 antreibt.
Die Ansteuerung der Wählbewegung wird von dem Elektromotor 402 über eine
auf der verlängerten Motorwelle 406 befindliche Schnecke 450 zunächst auf
ein Schneckenrad 451 übertragen. In der Nabe des Schneckenrades 451 be
findet sich eine mit dem Schneckenrad 451 mitrotierende Buchse 452 mit zwei
schraubenförmigen Nuten 453a, 453b, in denen zwei weitere auf der zentralen
Schaltwelle 420 angeordnete Rollen 455a, 455b laufen. Wird nun die zentrale
Schaltwelle 420 durch Stillstand des Elektromotors 401 festgehalten und dreht
sich gleichzeitig der Elektromotor 402, so wird aufgrund der schraubenförmi
gen Nuten 453a, 453b eine Hubbewegung (die Wählbewegung) der zentralen
Schaltwelle 420 erreicht.
Die Rollen 455a, 455b sind mittels des Zapfens 456 mit der zentralen Schalt
welle verbunden und drehbar gelagert. Der Zapfen 456 ist in einer Bohrung
der zentralen Schaltwelle aufgenommen.
Das Element 451 ist mittels der Lager 460 gegenüber dem Gehäuse gelagert
und mittels der Lager 461 und 462 gegenüber dem Element 418 gelagert.
Innerhalb der Antriebskette von dem Antrieb 402 zu der zentralen Schaltwelle
im Sinne der Wählbewegung kann ebenso eine Elastizität angeordnet sein,
wie sie mit der Feder 411 im Kraftweg zum Schalten angeordnet ist.
Die Elektromotoren 401 und/oder 402 können mit Inkrementalsensoren ausge
stattet sein. Desweiteren kann eine Strommessung des Motorstromes erfol
gen. Die Signale der Strommessung des Motorstromes werden als Kenngröße
des Betriebszustandes verwendet, wobei die Steuerung in Abhängigkeit bei
spielsweise dieses Motorstromes Steuersignale generieren kann.
Die Leistungsendstufe der Steuerelektronik kann in dem Gehäuse des oben
beschriebenen Getriebeaktors integriert sein, es ist aber auch denkbar, daß
die elektrische Leistung von einem Steuergerät übertragen wird. Signale und
elektrische Energie kommen von außen über einen Stecker (nicht gezeigt)
zum Getriebeaktor 400.
Die an den Aktor 400 geflanschten oder angeschraubten Elektromotoren kön
nen als Module mit beispielsweise Schnecke und Schneckenrad, sowie gege
benenfalls Lager für das Schneckengetriebe ausgebildet sein, die mit dem
Aktorgehäuse verbunden und in den Aktor integriert werden.
Die Anordnung der Antriebe ist derart gestaltet, daß die Motorwellen parallel
zueinander ausgerichtet sind. Ebenso kann es zweckmäßig sein, wenn die
Achsen einen Winkel einschließen.
Das Ausführungsbeispiel der Fig. 13 entspricht im wesentlichen dem Ausfüh
rungsbeispiel der Fig. 10 bis 12, wobei eine andere vorteilhafte Ansteue
rung der Wählbewegung ausgestaltet ist.
Anstelle der Buchse 452 der Fig. 12 mit den schraubenförmigen Nuten
453a, 453b ist eine Schraubenverzahnung 501 auf der zentralen Schaltwelle
520, wie eine Spindel, vorhanden, und das Schneckenrad 550 besitzt im radial
inneren Bereich eine entsprechende Gegenverzahnung 502, so daß das
Schneckenrad die Mutter zu der Spindel bildet.
Die Drehmomentübertragung für das Schalten erfolgt von dem Segmentzahn
rad 560 über eine drehmomentabstützende Linearführung 561 auf die zentrale
Schaltwelle 520. Die drehmomentabstützende Linearführung 561 besitzt in
axialer Richtung naben- und wellenseitig Laufbahnen 562a, 562b für Wälzkör
per 563, die z. B. kugelförmig ausgebildet sein können. Die Wälzkörper über
tragen das Drehmoment, sind aber in den Laufbahnen axial beweglich, so daß
die zentrale Schaltwelle zur Ausführung der Wählbewegung axial bewegt wer
den kann und dabei die Wälzkörper auf der Welle und auf der Nabe abrollen.
Um zu verhindern, daß die Wälzkörper bei vertikalem Einbau der drehmo
mentabstützenden Linearführung im kraftfreien Zustand der zentralen Schalt
welle nach unten rutschen, werden die Wälzkörper, die in einem Käfig geführt
werden, gegenüber der Nabe mit vorgespannten Kraftspeichern, wie Federn
564, zentriert. Die Nabenseite der drehmomentabstützenden Linearführung
wird derart ausgeführt, daß in die Wälzkörper der zentrierten Lage in beiden
Richtungen den vollen Hub ausführen können. Bei jeder Stellung der zentralen
Schaltwelle ist in beide Richtungen der volle Hub möglich. Wenn die Schalt
betätigung in den Gangruhelagen kraftfrei wird, werden die Wälzkörper durch
das Spiel in der Wälzführung in axialer Richtung beweglich. Die Federn zen
trieren den Wälzkörperkäfig aufgrund ihrer Vorspannkraft in der Mitte der Na
be.
Die Fig. 14 zeigt eine Tabelle mit möglichen Anordnungsvarianten für eine
Vorrichtung zur automatisierten Betätigung eines Getriebes zum Schalten
und/oder Wählen und eines Drehmomentübertragungssystems, wie Kupplung,
zum Kuppeln. Grundsätzlich werden in der Tabelle der Fig. 14 Vorrichtungen
mit drei Aktoren, das heißt je einem Aktor zum Kuppeln (K), Schalten (S) und
Wählen (W), mit zwei Aktoren, das heißt zum kombinierten Kuppeln und
Schalten (K+S) und zum Wählen (W), mit zwei Aktoren, das heißt zum kombi
nierten Kuppeln und Wählen (K+W) und zum Schalten (S) und mit einem Aktor
zum kombinierten Kuppeln und Schalten und Wählen (K+S+W) unterschieden.
Weiterhin kann das Steuergerät mit einem Aktor der Vorrichtung kombiniert
sein oder in einem separaten Gehäuse innerhalb des Fahrzeuges angeordnet
sein. Eine Anordnung der Aktoren oder eines separaten Steuergerätes kann
an der Karosserie des Fahrzeuges und/oder an dem Getriebe direkt vorge
nommen werden.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich weiterhin auf die Anmeldung DE 196 27 980,
deren Inhalt ausdrücklich zum Offenbarungsinhalt der vorliegenden Anmel
dung gehört. Die vorliegende Erfindung bezieht sich weiterhin auf die Anmeldung
DE 195 33 640, deren Inhalt ausdrücklich zum Offenbarungsinhalt der vorliegen
den Anmeldung gehört.
Die Konstruktion entsprechend der vorhergehenden Figuren und die Detektion
einer Relativverdrehung und/oder der jeweiligen Drehungen von zwei scheiben
förmigen Elementen oder Teilen wird in Fig. 5c erläutert. Die im wesentlichen
scheibenförmigen Elemente sind relativ zueinander verdrehbar angeordnet, wobei
die Reiativverdrehung der beiden Elemente 270b, 271 entgegen der Wirkung von
zumindest einem Kraftspeicher erfolgt. Der zumindest eine Kraftspeicher kann
beispielsweise als Schraubendruckfeder, Spiralfeder, Schlingfeder oder als elasti
sches Kunststoffelement ausgebildet sein. Der zumindest eine Kraftspeicher kann
weiterhin als nicht vorgespannter oder als vorgespannter Kraftspeicher ausgebil
det oder angeordnet sein. Ebenso kann eine Anordnung von vorgespannten und
nicht vorgespannten Kraftspeichern vorteilhaft sein, um beispielsweise eine mehr
stufige Kraftcharakteristik zu erreichen. Die Detektion der jeweiligen Positionen
und/oder Geschwindigkeiten und/oder Beschleunigungen der einzelnen scheibenförmigen
Elemente wird mittels zweier Sensoren 278, 279 für jeweils ein scheibenförmigen
Element durchgeführt, wobei die Steuereinheit die Relativverdrehung
der beiden Elemente gegeneinander und somit auch die Komprimierung des zu
mindest einen im Kraftfluß von der einen Scheibe zu der anderen Scheibe ange
ordneten Kraftspeichers bestimmt. Dadurch kann das anstehende Antriebsmo
ment berechnet werden, da das Drehmoment zur Beaufschlagung der Kraftspei
cher dem Antriebsmoment zumindest diesem gleich ist oder proportional ist oder
zumindest dieses repräsentiert.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel kann in vorteilhafter Weise ein einziger
Sensor verwendet werden, der eine relative Verdrehung der beiden Elemente
270b und 271 aus der Fig. 5c detektiert, wobei die beiden Elemente neben der
Relativverdrehung weiterhin eine Rotation mit einer gemeinsamen Drehzahl
durchführen. Dieser eine Sensor detektiert die relative Verdrehung der beiden
drehbaren Elemente aufgrund von magnetischen Eigenschaften oder anderen
Eigenschaften, die vorzugsweise berührungslos detektiert werden können.
Bei einer vorzugsweisen Ausgestaltung der Erfindung nach den Fig. 15a und
15b weisen die beiden im wesentlichen scheibenförmigen Elemente 601 und 602
an ihren Randbereichen jeweils einen magnetisierten oder einen magnetisierba
ren Randbereich auf. Die Scheibe 601 ist antriebsseitig angeordnet und die
Scheibe 602 ist abtriebsseitig angeordnet, wobei zwischen der Scheibe 601 und
der Scheibe 602 zumindest ein entgegen einer Kraftwirkung komprimierbarer
Kraftspeicher angeordnet ist. Bei einer Drehmomentübertragung von einer Schei
be auf die andere Scheibe wird der zumindest eine Kraftspeicher komprimiert oder
kraftbeaufschlagt.
Die Randbereiche der Scheiben 601 und 602 sind derart magnetisiert, daß sich
über den Umfang betrachtet die Nord- und Südpole abwechseln und wiederholen.
Ebenso kann es vorteilhaft sein, wenn an den Randbereichen der scheibenförmi
gen Elemente Ringmagnete angeordnet oder angebracht sind. Diese Ringma
gnete können aus Magnetwerkstoff, wie beispielsweise Plastomagnetwerkstoff
bestehen. Als Magnetwerkstoffe können Ferrit- oder Selten-Erd-Cobalt, wie Sama
rium-Cobalt, Verbindungen sein. Bei Plastomagnetwerkstoffen sind die Magnet
werkstoffe beispielsweise in einer Kunststoffmatrix eingebettet. Weiterhin können
die Plastomagnetwerkstoffe auch aus Kunststoffmaterial bestehen, die magneti
sche Ionen innerhalb der Molekülketten aufgenommen oder angeordnet haben.
Die Ringmagnete haben vorzugsweise eine Vielzahl von über den Umfang verteilt
angeordnete Magnetpole, wie magnetische Nordpole (N) und magnetische Süd
pole (S). Die Anzahl der am Umfang verteilten Magnetpole kann dabei durch die
gewünschte Auflösung bestimmt werden. Vorzugsweise sind mindestens 4 Ma
gnetpole über den Umfang verteilt. Zweckmäßig ist es, wenn im wesentlichen
mindestens 8 Pole, gegebenenfalls 16 oder 32 Pole über den Umfang verteilt
angeordnet sind. Die Pole weisen dabei vorzugsweise ein gleiche Teilung entlang
des Umfanges betrachtet auf.
Die beiden scheibenförmigen Elemente 601 und 602 sind im nicht kraftbeauf
schlagten Zustand derart angeordnet, daß jeweils die magnetisierten Bereiche
603a, 603b, die einen Nordpol (N) aufweisen und jeweils die magnetisierten Berei
che 604a, 604b, die einen Südpol (S) aufweisen untereinander liegen. Durch diese
Anordnung bildet sich das Magnetfeld im wesentlichen derart aus, daß nur Ma
gnetfeldlinien 606 die in einer Ebene der Scheiben 601, 602 liegen auftreten.
Ein magnetfeldsensitiver Sensor 605, wie beispielsweise Hall-Sensor oder unipo
larer Hall-Sensor, ist dem radial äußeren Rand der Scheiben 601, 602 gegenüber
liegend angeordnet und derart ausgerichtet, daß er nur auf ein Magnetfeld mit
senkrecht zu der Scheibenebene verlaufenden Feldlinien 607 anspricht und die
ses Magnetfeld anhand einer Hall-Spannung detektiert.
Liegen die jeweils gleich magnetisierten Pole N und S der beiden Scheiben im
wesentlichen direkt übereinander, so verlaufen die Feldlinien des Magnetfeldes
der Magnete oder Magnetpole im wesentlichen in der Ebene der Scheiben und
der Sensor 605 detektiert im wesentlichen keine Magnetfeld mit Feldlinien in senk
rechter Richtung. Sind die beiden Scheiben 601 und 602 gegeneinander verdreht,
da ein Drehmoment entgegen der Kraftwirkung der zwischen den Scheiben ange
ordneten Kraftspeichern von der einen Scheibe 601 auf die andere Scheibe 602
übertragen wird, verschieben sich die relativen Lagen der gleich magnetisierten
Bereiche oder Magnetpole und es resultiert ein Magnetfeld mit senkrecht zu der
Scheibenebene verlaufenden Feldlinien. Der Sensor 605 detektiert diese senk
rechte Komponente des Magnetfeldes. Durch den Anteil oder die Größe der senk
rechten Komponente des Magnetfeldes kann aufgrund der Größe des Sensorsi
gnales die relative Verdrehung der beiden Scheiben 601 und 602 gegeneinander
und somit das übertragene Drehmoment bestimmt werden.
Wenn die Relativerdrehung größer wird und gleich große gleich magnetisierte
Magnetpole wieder übereinander zu liegen kommen, wird die senkrechte Kompo
nente des Magnetfeldes wieder kleiner und verschwindet gegebenenfalls. Die
Steuereinheit bestimmt ein Drehzahlsignal des Aktors oder der Scheiben, und
berücksichtigt dies bei der Bestimmung der Relativverdrehung. Wenn die Relativ
verdrehung zunimmt, vergrößert sich die elastische Verformung des Kraftspei
chers zwischen den Scheiben 601, 602 und somit erhöht sich die zwischen den
Bauteilen wirkende Kraft. Der Aktor, wie Elektromotor zum Antrieb, wird stärker
belastet und somit fällt die Drehzahl ab. An dem Verlauf der Aktordrehzahl kann
die Steuereinheit feststellen ob die Reiativverdrehung zugenommen hat oder sich
verringert hat.
Ebenso kann eine ungleichmäßige Teilung der Pole über den Umfang der Schei
ben betrachtet ausgebildet sein, so daß nach einer Verdrehung wieder gleich
magnetisierte aber ungleich große Pole übereinander zu liegen kommen. In dieser
Situation wird das Sensorsignal nicht null werden, da im wesentlichen ständig ein
Magnetfeld mit senkrechten Feldlinien vorhanden ist. Die senkrechte Komponente
des Magnetfeldes ist somit in ihrer Amplitude moduliert, wobei der Absolutwert des
Sensorsignales nur auf null absinkt, wenn zwischen den Scheiben keine Relativ
verdrehung vorherrscht.
Der Hall-Sensor 605 kann als analoger oder digital unipolarer Hall-Sensor aus
gebildet sein. Bei dem dual unipolaren Sensor kann durch eine XOR-Verknüpfung
der beiden Signale eine gewünschte Sensorcharakteristik der Ausgangssignale
erreicht werden.
Die Fig. 16a zeigt ein Diagramm 700 zur Erklärung oder Darstellung der Funkti
onsweise oder der Anwendung eines unipolaren Hall-Sensors 605. Die Magnet
feldstärke 701, die am Ort des Sensors vorherrscht ist als Funktion des Weges s
dargestellt. Weiterhin ist ein Sensorsignal 702 und sind Signalschwellenwerte 703
und 704 dargestellt. Ist die Magnetfeldstärke 701 kleiner als der Schwellenwert
704, ist das von dem Sensor 605 gelieferte Signal gleich dem Wert 705. Erreicht
die Magnetfeldstärke 701 den Schwellenwert 703, so wird das Sensorsignal auf
den Wert 706 verändert. Dieser Wert 703 bleibt so lange erhalten, bis die Ma
gnetfeldstärke 701 unter den Wert 703 absinkt. Zu diesem Weg s wird das Sen
sorsignal wieder auf den Wert 704 gesetzt.
Die Fig. 16b zeigt den Verlauf der magnetischen Flußdichte 711 als Funktion
des Weges s. Der Weg s ist die Größe der Verschiebung der beiden Elemente
601 und 602. Die magnetische Flußdichte 711 variiert im wesentlichen analog und
linear. Das Sensorsignal 712 eines analogen Sensors 605 ist im unteren Teil der
Fig. 16b als Funktion der Flußdichte dargestellt, wobei die Flußdichte proportio
nal zum Weg s ist. Das Sensorsignal 712 ist im wesentlichen linear und verändert
sich im wesentlichen kontinuierlich zu der Wegveränderung im oberen Teil der
Fig. 16b.
Die Fig. 16c zeigt ein Diagramm 720 zur Erklärung oder Darstellung der Funkti
onsweise oder der Anwendung eines dual unipolaren Hall-Sensors, wie er bei
spielsweise bei 605 eingesetzt werden kann. Die Magnetfeldstärke 721, die am
Ort des Sensors vorherrscht ist als Funktion des Weges s dargestellt. Der Weg s
ist im wesentlichen die Größe der Verschiebung der beiden Elemente 601 und
602. Weiterhin ist jeweils ein Sensorsignal 722 und 723 und sind Signalschwel
lenwerte 724, 725 und 726, 727 dargestellt. Ist die Magnetfeldstärke 721 kleiner als
der Schwellenwert 725, ist das von dem Sensor gelieferte Signal 722 gleich einem
Maximalwert. Erreicht die Magnetfeldstärke 721 den Schwellenwert 725, so wird
das Sensorsignal auf einen Minimalwert verändert. Dieser Wert bleibt so lange
erhalten, bis die Magnetfeldstärke 721 unter den Wert 724 absinkt. Zu diesem
Weg s wird das Sensorsignal wieder auf den Maximalwert gesetzt.
Ist die Magnetfeldstärke 721 größer als der Schwellenwert 727, ist das von dem
Sensor gelieferte Signal 723 gleich einem Maximalwert. Erreicht die Magnetfeld
stärke 721 den Schwellenwert 727, so wird das Sensorsignal auf einen Minimal
wert verändert. Dieser Wert bleibt so lange erhalten, bis die Magnetfeldstärke 721
wieder unter den Wert 726 absinkt. Zu diesem Weg s wird das Sensorsignal wie
der auf den Maximalwert gesetzt.
Das resultierende Sensorsignal 728 kann mittels einer XOR-Verknüpfung aus den
Signalen 722 und 723 ermittelt werden.
Die Fig. 17a und 17b zeigen Ausführungsbeispiele, bei welchen jeweils eine
antriebsfeste Scheibe 750, 770 und eine abtriebsfeste Scheibe 751, 771 angeord
net sind. In der Fig. 17a weist die eine Scheibe 750 in axialer Richtung hervor
stehende Vorsprünge, wie Zungen, 754 auf, die über die andere Scheibe 751
zumindest im radial äußeren Bereich überragen und diesen umgreifen. Die Rand
bereiche 752 und 753 der beiden Scheiben sind aus magnetisierbarem Magnet
werkstoff, wie aus einem ferromagnetischen Material hergestellt. Die Magnetisie
rung der Randbereiche 752 und 753 sind derart, daß sich Bereiche über den
Umfang der Scheiben verteilt wiederholen, die einen magnetischen Nordpol (N)
oder einen magnetischen Südpol (S) aufweisen. Die Vorsprünge sind dabei ent
weder als N oder S magnetisiert. Im einer unbelasteten Stellung der beiden
Scheibe decken die Vorsprünge, wie Zungen, 754 mit N oder S magnetisiert die
N- oder S-Pole der Scheibe 751 ab. Somit sind von außen betrachtet nur die S-
oder N-Pole der beiden Scheiben als einheitlicher wirkender Magnetpol zu erken
nen.
Der Sensor 755 ist an den Randbereichen der Scheiben diesen gegenüberliegend
angeordnet. Der Sensor ist weiterhin derart angeordnet, daß im abgedeckten,
unbelasteten Zustand der Sensor kein Signal liefert, da er zwischen der nach
außen hin einheitlichen Magnetisierung und gegebenenfalls einem zusätzlichen
Magneten 756 angeordnet ist, wobei das Magnetfeld derart ausgerichtet ist, daß
es am Ort des Sensors relativ gering ist. Der Magnet 756 ist zur optionalen Ver
stärkung des am Ort des Sensors vorliegenden Feldstärke vorgesehen.
Decken die Vorsprünge 754 die N-Pole wie mittels Blenden ab, liefert der Sensor
755 kein Signal. Unter einer relativen Verdrehung der beiden Scheiben 750 und
751 werden die N-Pole zumindest teilweise gegenüber den S-Polen freigelegt und
es bilden sich Feldlinien aus, die den Ort des Sensors kreuzen und der Sensor
liefert ein nichtverschwindendes Sensorsignal, das eine Relativverdrehung der
Scheiben repräsentiert.
Entsprechendes gilt für das in den Fig. 17b bis 17d dargestellte Ausführungs
beispiel. Die Scheiben 770 und 771 sind gegen die Kraftwirkung der Kraftspeicher
780 relativ zueinander verdrehbar. In den Fig. 17b bis 17d weist die eine
Scheibe 770 in radialer Richtung hervorstehende Vorsprünge 774 auf, die über
die andere Scheibe 771 zumindest im radial äußeren Bereich überragen. Die
Randbereiche 772 und 773 der beiden Scheiben sind aus magnetisierbarem Ma
gnetwerkstoff, wie aus einem ferromagnetischen Material hergestellt. Die Magneti
sierung der Randbereiche 772 und 773 sind derart, daß sich Bereiche über den
Umfang der Scheiben wiederholen, die einen magnetischen Nordpol (N) und
einen magnetischen Südpol (S) aufweisen. Die Vorsprünge 774 sind dabei ent
weder als N oder S magnetisiert. Im einer unbelasteten Stellung der beiden
Scheibe decken die Vorsprünge 774 mit N oder S magnetisiert die N- oder S-Pole
der Scheibe 771 ab. Somit sind von außen betrachtet nur die S- oder N-Pole der
beiden Scheiben als einheitlicher wirkender Pol zu erkennen.
Der Sensor 775 ist oberhalb oder unterhalb der Randbereiche der Scheiben
770, 771 angeordnet. Der Sensor ist weiterhin derart angeordnet, daß im abge
deckten, unbelasteten Zustand der Sensor kein Signal liefert, da er zwischen der
nach außen/oben/unten hin einheitlichen Magnetisierung und gegebenenfalls
einem zusätzlichen Magneten 776 angeordnet ist. Der Magnet 776 ist zur optio
nalen Verstärkung des am Ort des Sensors vorliegenden Feldstärke vorgesehen.
Decken die als S-Pole magnetisierten Vorsprünge 774 die N-Pole wie mittels
Blenden ab, liefert der Sensor 775 kein Signal. Unter einer relativen Verdrehung
der beiden Scheiben 770 und 771 werden die N-Pole zumindest teilweise gegen
über den S-Pol Blenden freigelegt und es bilden sich Feldlinien aus, die den Ort
des Sensors kreuzen und der Sensor liefert ein nichtverschwindendes Signal, das
eine Relativverdrehung der Scheiben zumindest repräsentiert.
In den Fig. 18a bis 18c ist eine weitere Ausführungsvariante zur erfindungs
gemäßen Anordnung eines Sensors 820, 821 zur Detektion einer Relativbewegung
zweier rotierender Elemente dargestellt. Die scheibenförmigen Bauteile 800
und 801 sind durch Kraftspeicher miteinander gekoppelt und erfahren bei Kraftbe
aufschlagung der einen Scheibe 800 eine Reiativverdrehung der einen Scheibe
800 gegenüber der anderen Scheibe 801. Die Kraftspeicher 805 sind in fenster
förmige Ausschnitte in den Scheiben 800 und 801 aufgenommen, so daß die
Kraftspeicher mit ihren Endbereichen oder mit zumindest einem Endbereich an
den radialen Endbereichen oder an zumindest einem Endbereich 812 der fen
sterförmigen Ausschnitte anliegen. Die Kraftspeicher können unter Vorspannung
in den Fenstern 810, 811 aufgenommen sein, so daß eine Relativverdrehung der
beiden Scheiben erst nach Überwindung einer Vorspannkraft erfolgt.
An den Randbereichen der Scheiben 800, 801 sind Verzahnungen 802, 803 ange
ordnet, wobei ein Sensor 820, 821, wie Differentialsensor, die Verzahnungen der
Scheiben bei einer Rotation der Scheiben abtastet und detektiert. Die Randberei
che können aus magnetisierbarem Material, wie aus ferromagnetischem Material
bestehen. Durch die Magnetisierung der Verzahnungen und den hinter den Sen
sorelementen 820, 821 angeordneten Magneten detektieren die jeweiligen Sensorelemente
nur die Magnetisierung der jeweiligen Scheibe und detektieren somit
Drehzahl, Position und/oder Beschleunigung der Scheibe.
In der Fig. 19a ist ein Signalverlauf zweier Signale 850, 851 des einen Senso
relementes 820 und des anderen Sensorelementes 821 dargestellt. Bei einer nicht
vorhandenen relativen Verdrehung der beiden Scheiben sind die Signale 850 und
851 im wesentlichen gleich. Bei einer relativen Verdrehung der beiden Scheiben
sind die Signale 850 und 851 verschieden, wie in Fig. 19b dargestellt. Die Kurve
860 entspricht einer Differenz der Signale 850 und 851, so daß beispielsweise aus
der Pulsweite 862 die relative Verschiebung der Scheiben detektiert werden kann.
Wenn das Signal 860 erstmals größer als die obere Schwelle 870 ist, wird das
Signal 880 auf eine Wert, wie Minimumwert, gesetzt, bis der Signalwert 860 klei
ner ist als der zweite Schwellenwert 871, dann wird das Signal 861 auf einen
Wert, wie Maximalwert gesetzt. Somit kann selbst bei blockiertem Abtrieb 801 die
Verdrehung detektiert werden.
Mittels der beschriebenen Sensorik kann innerhalb des Kraftweges von einem
Antrieb zu einem Betätigungselement die Kraft der Betätigung direkt oder indirekt
detektiert werden. Die Kraft kann eine Schaltkraft bei einer automatisierten Betäti
gung eines Schaltvorganges beispielsweise bei einem Schaltvorgang eines Ge
triebes sein. Die Kraft kann eine Kraft zum Wählen bei einer automatisierten Betä
tigung eines Wählvorganges beispielsweise bei einem Gangwechsel eines Ge
triebes sein. Ebenso kann die Kraft eine Kraft zur Betätigung eines Drehmo
mentübertragungssystems beispielsweise bei einer automatisierten Betätigung
einer Kupplung sein.
Die Steuereinheit kann mittels dieses Kraftsignales oder mit einem diese Kraft
repräsentierenden Signal einen Steuer- oder Regelvorgang durchführen, daß
beispielsweise die vorgebbare Maximalkraft bei einer Betätigung nicht überschrit
ten wird.
Die Fig. 20 zeigt in einem Ausführungsbeispiel eine Vorrichtung zur automa
tisierten Betätigung eines Fahrzeuggetriebes, wobei das Fahrzeuggetriebe
selbst nicht dargestellt ist oder nur in Teilen dargestellt ist. Die Vorrichtung
umfaßt einen ersten Antriebsmotor 1001, wie Elektromotor, und einen zweiten
Antriebsmotor 1002, wie Elektromotor. Der Motor 1001 betätigt den Schaltvor
gang des Getriebes und der Motor 1002 betätigt den Wählvorgang des Getrie
bes. Die beiden Elektromotoren weisen im wesentlichen zylindrische oder
davon gegebenenfalls abweichende Poltöpfe 1001a und 1001b auf. Die Pol
töpfe können auch eine von einer zylindrischen Form beispielsweise durch
Abflachungen abweichende Form aufweisen. Die Motoren weisen jeweils eine
Antriebswelle 1003 und 1004 auf, die jeweils mit einer Schnecke bestückt oder
verbunden sind, um über ein Schneckengetriebe die Dreh- bzw. Hubbewegung
eines Schaltfingers einer zentralen Schaltwelle des Getriebes zu betätigen.
Die Schnecke 1005 steht in Antriebsverbindung mit einem Schneckenzahnrad
1006. Der Schaltmotor 1001 überträgt die Drehbewegung seiner Abtriebswelle
1003 über die Schnecke 1005 und das Schneckenzahnrad 1006 über zwei im
wesentlichen parallel angeordnete Scheibenteile 1007a und 1007b und zwi
schengeschaltete Kraftspeicher auf den Flansch 1008, welcher abtriebsseitig
mit einem Zahnrad 1009 verbunden ist oder einstückig ausgebildet ist. Das
Zahnrad 1009 kämmt ein im Gehäuse mittels des Zapfens 1001 gelagertes
weiteres Zahnrad 1010, das seinerseits wiederum das Segmentzahnrad 1012
kämmt. Durch die Drehbewegung der Abtriebswelle des Motors 1003 wird
durch Zwischenschaltung des Schneckengetriebes und des zwischen den
scheibenförmigen Elementen 1007a und 1007b und dem Flansch angeordne
ten Kraftspeichern ein Drehmoment auf das Segmentzahnrad 1012 übertra
gen. Die beiden scheibenförmigen Teile 1007a und 1007b sind drehfest mit
einander verbunden, wobei Stifte oder Bolzen der Scheibe 1007a vorzugswei
se in Ausnehmungen der Scheibe 1007b eingreifen. Die beiden scheibenför
migen Teile können aber auch durch Nietverbindungen miteinander verbunden
sein.
Das Schneckenrad 1006, die scheibenförmigen Bauteile 1007a und 1007b
sowie der Flansch 1008 sind drehbar auf der Steckachse 1013 gelagert. Die
Steckachse 1013 ist auf ihrer einen Seite im Gehäuse des Schaltmotores 1020
und an ihrer anderen Seite am Gehäuse des Aktors 1021 abgestützt oder
drehbar gelagert. Das Schneckenzahnrad 1006 ist mit der Antriebsseite der
scheibenförmigen Elemente 1007a und 1007b beispielsweise über eine Kerb-
oder Evolventenverzahnung verbunden. Dazu weist das Schneckenzahnrad
einen axialen Fortsatz 1006a auf, der die Verzahnung trägt. Die Außenverzah
nung des Bereiches 1006a greift in eine Innenverzahnung des Elementes 1007a
ein. Durch die drehfeste Verbindung der Elemente 1007a und 1007b
erfolgt eine Kraftübertragung auf die beiden scheibenförmigen Elemente. Der
Flansch 1008 ist axial zwischen den beiden Elementen 1007a und 1007b an
geordnet, wobei die Kraftspeicher 1022 in Fenstern des Flansches 1008 auf
genommen ist und sich an Anprägungen oder Aufnahmebereichen im Bereich
der scheibenförmigen Elemente 1007a, 1007b abstützt. Erfolgt eine Relativ
verdrehung zwischen den Elementen 1007a, 1007b und dem Flansch 1008, so
erfolgt eine Kraftübertragung oder Drehmomentübertragung von den schei
benförmigen Elementen über die Kraftspeicher auf den Flansch, wobei der
Flansch abtriebsseitig eine Schaltwelle oder ein Schaltfinger verdreht. Vor
zugsweise sind zumindest zwei Kraftspeicher zwischen den scheibenförmigen
Elementen und dem Flansch drehmomentübertragend und beispielsweise
auch vorgespannt angeordnet.
Die Aufnahme der Steckachse 1013 in einem Gehäuse kann durch eine Preß
passung erfolgen.
Das Schneckenzahnrad 1006 kann vorzugsweise aus einem thermoplasti
schen Kunststoff ausgebildet sein. Der Kraftspeicher, wie die Elastizität 1022,
kann aus einem Material mit geringem thermischen Ausdehnungskoeffizient,
wie beispielsweise Metall, Gummi oder Kunststoff, hergestellt sein. Dadurch
ergibt sich vorzugsweise ein geringes Fügespiel insbesondere dann, wenn an
dem Schneckenrad eine verzahnte Welle und an dem Element 1006a, der
Antriebsseite der Elastizität eine verzahnte Nabe ausgebildet ist. Dies wird
insbesondere dann erreicht, wenn die Fügetemperatur unterhalb der Tempe
ratur liegt, die im hauptsächlichen Betriebsbereich vorliegt. Die scheibenförmi
gen Bauteile 1007a, 1007b sowie der Flansch 1008 können auch aus Metall
und/oder aus einem Kunststoff hergestellt sein.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist es vorteilhaft, wenn die Kerbver
zahnung zwischen der Antriebsseite der Elastizität, also dem Element 1007a,
und dem Zahnrad 1009 derart ausgebildet ist, daß ein geringes Fügespiel
vorhanden ist. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß die
verzahnte Welle 1009 aus einem Material hergestellt ist mit einem größeren
thermischen Ausdehnungskoeffizienten und die verzahnte Nabe aus einem
Element mit geringerem thermischen Ausdehnungskoeffizienten. Mittels einer
Stirnradverzahnung wird die Drehbewegung von dem Zahnrad 1009 auf das
Zahnrad 1012 übertragen, wobei bei einem Ausführungsbeispiel ebenfalls ein
Zwischenrad zur Drehmomentübertragung angeordnet sein kann. Das Zwi
schenrad ist mittels der Achse 1011 im Gehäuse gelagert. Das Element 1012,
wie Segmentzahnrad, ist beispielsweise über eine Verzahnung, wie Innenver
zahnung 1012a, mit einer Außenverzahnung 1025 der zentralen Sch 59012 00070 552 001000280000000200012000285915890100040 0002019904021 00004 58893altwelle
verbunden. Unter Verdrehung des Segmentzahnrades 1012 wird die zentrale
Schaltwelle 1026 verdreht, so daß der Schaltfinger 1027 seine Winkelposition
ändert. Die Verzahnungspaarung 1012a, 1025 ist derart ausgebildet, daß die
zentrale Schaltwelle in axialer Richtung gleitend bewegt werden kann und
dennoch der Verzahnungseingriff realisiert ist, um die Winkelposition des
Schaltfingers 1027 unverändert beizubehalten trotz axialer Bewegung der
zentralen Schaltwelle 1026 und des Schaltfingers 1027.
Das Segmentzahnrad der Schaltung 1012 ist mittels einer zentrierenden
Drehmomentmitnahme, wie z. B. einer Kerbverzahnung, auf der zentralen
Schaltwelle 1026 aufgenommen und gelagert, die wiederum auf der gehäuse
festen Führungsachse 1028 gelagert ist. Das Segmentzahnrad der Schaltung
1012 ist in axialer Richtung der gehäusefesten Führungsachse 1028 im Aktor
gehäuse 1021 mittels eines Gegenhalters 1029 gehalten, so daß die zentrale
Schaltwelle 1026 eine Dreh- und Hubbewegung, das Segmentzahnrad 1012
jedoch nur eine Drehbewegung ausführen kann. Somit gleiten die Elemente
mit Innenverzahnung und Außenverzahnung, also 1012a und 1025 relativ
zueinander, falls die zentrale Schaltwelle 1026 eine Axialbewegung in Rich
tung der gehäusefesten Führungsachse 1028 durchführt.
Der Wählmotor 1002 überträgt die Drehbewegung der Abtriebswelle 1004 mit
der darauf angeordneten Schnecke 1080 auf das Schneckenzahnrad 1031. Mit
dem Schneckenzahnrad 1031 ist ein weiteres Zahnrad 1032 drehfest verbun
den, welches wiederum das Segmentzahnrad 1033 kämmt. Das Segmentzahn
rad 1033 ist im Bereich des Zapfens 1034 drehbar gelagert wobei mit dem
Schneckenzahnrad 1033 der Finger 1031 drehfest verbunden ist. Diese dreh
feste Verbindung erfolgt beispielsweise mittels Schrauben, Nieten oder durch
eine einteilige oder formschlüssige Verbindung. Der Finger 1031 greift in ein
Wählgabelmaul 1030 ein, wobei das Wählgabelmaul mit der zentralen Schalt
welle 1026 formschlüssig oder kraftschlüssig verbunden ist. Durch die Dreh
bewegung der Schnecke wird das Element 1031 um die Achse 1034 ver
schwenkt, so daß die zentrale Schaltwelle 1026 gesenkt oder gehoben wird.
Das Schneckenrad und das Zahnrad 1032 sind drehbar auf der Steckachse
1035 gelagert, die sich auf der einen Seite im Gehäuse des Wählmotors und
auf der anderen Seite im Aktorgehäuse abstützt. Das Zahnrad 1032 greift an
einem Segmentzahnrad 1033 an. Daran befestigt ist ein einstückig mit dem
Segmentzahnrad ausgebildetes oder verbundener Wählfinger 1031, der in ein
auf der zentralen Schaltwelle befestigtes oder einstückig damit ausgebildetes
Wählgabelmaul eingreift, so daß ein Drehbewegung des Wählfingers 1031
eine Verschiebung der zentralen Schaltwelle 1026 längs ihrer Führungsachse
1028 bewirkt. Das Wählgabelmaul 1030 ist derart ausgebildet, daß in dem zur
Getriebeschaltung notwendigen Hub- und Drehbewegungsbereich der zentra
len Schaltwelle die Drehbewegung unabhängig von der Stellung des Wählfin
gers ausgeführt werden kann. Die in axialer Richtung der Führungsachse auf
der zentralen Schaltwelle ausgebildeten Keile oder Zähne, die in entspre
chende Nuten im Segmentzahnrad 1012 eingreifen ermöglichen, daß in dem
zur Getriebeschaltung notwendigen Hub- und Drehbewegungsbereich der
zentralen Schaltwelle die Hubbewegung unabhängig von der Stellung des
Segmentzahnrades ausgeführt werden kann.
Das Wählgabelmaul 1030 ist derart ausgebildet, daß der Finger 1031 von
einem oberen Bereich, wie plattenförmigen Bereich, und von einem unteren
Bereich 1030b, wie plattenförmigen Bereich, aufgenommen ist, wobei die bei
den Elemente 1030a und 1030b, einstückig miteinander ausgebildet sind oder
miteinander verbunden sind. Die plattenförmigen Bereiche sind an einem
rohrförmigen Teil angeformt, wobei dieses mit der Schaltwelle verbunden ist.
Die Ausdehnung der Bereiche 1030a und 1030b der oberen und unteren Be
grenzungsflächen des Wählgabelmaules ist derart ausgelegt, daß trotz Ver
drehung der zentralen Schaltwelle der Finger 1031 dennoch formschlüssig mit
dem Maul verbunden ist.
Das Aktorgehäuse ist derart ausgebildet, daß vorteilhaft Anschläge vorhanden
sind, damit die zentrale Schaltwelle in ihrer Drehbewegung und/oder Hubbe
wegung nur derart bewegt werden kann, daß die zur Getriebeschaltung not
wendigen Dreh- und Hubbewegungen erlaubt sind. Darüberhinausgehende
Dreh- oder Hubbewegungen können durch die Anschläge begrenzt werden.
Dadurch wird eine kompakte und bauraumsparende Ausführungsform der Vor
richtung zur Betätigung des Getriebes erreicht, so daß durch die Begrenzung
des tatsächlich auftretenden Bewegungsbereiches kein zusätzlicher Raum für
nicht benötigte Bewegungsfreiheitsgrade und Raumbereiche realisiert sind.
Das Aktorgehäuse ist vorteilhaft auf dem Gehäuse des Schaltgetriebes mittels
Schrauben und Zentrierzapfen befestigt. Weiterhin kann aber auch eine an
derweitige Befestigung des Aktorgehäuses vorgesehen sein. Die Verschrau
bung kann derart ausgebildet sein, daß die Schrauben in einem Durchgangs
loch des Aktorgehäuses sitzt und das Aktorgehäuse auf das Schaltgetriebege
häuse gespannt wird. Die Verschraubung kann aber auch derart ausgebildet
sein, daß die Schraube durch ein Durchgangsloch des Aktorgehäuses in ein
Durchgangsloch des Schalt- oder Wählmotors reicht und das Gehäuse des
Schalt- oder Wählmotors zusammen mit dem Aktorgehäuse auf das Schaltge
triebegehäuse geschraubt oder gespannt.
Vorteilhaft ist es, wenn die Achsen der Elektromotoren 1001 und 1002 parallel
zueinander angeordnet sind und die Achse des Schneckenzahnrades 1006
parallel zur Achse der zentralen Schaltwelle 1026 ausgerichtet ist. Dabei ste
hen die Achsen der Elektromotoren senkrecht auf den beiden letztgenannten
Achsen des Schneckenzahnrades und der zentralen Schaltwelle. Weiterhin ist
es vorteilhaft, wenn die Achsen des Schneckenrades 1031 des Segmentzahn
rades 1033 senkrecht auf den Achsen der Elektromotoren und der zentralen
Schaltwelle steht. Dadurch kann eine bauraumsparende Anordnung erreicht
werden.
Die Fig. 23 bis 26 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfin
dungsgemäßen Vorrichtung zur automatisierten Betätigung eines Getriebes.
Die Vorrichtung 1100 umfaßt einen Elektromotor 1101 zum Betätigen der
Schaltbewegung sowie einen Elektromotor 1102 zur Betätigung der Wählbe
wegung. Der Elektromotor weist abtriebsseitig 1103 eine Schnecke auf, die ein
Schneckenzahnrad 1104 kämmt. Mit dem Schneckenzahnrad sind zwei beab
standete Scheiben 1105 und 1106 verbunden, wobei zwischen diesen axial
beabstandeten Scheiben ein Flansch 1107 angeordnet ist. Zwischen dem
Flansch 1107 und den beiden Scheiben 1105 und 1106 sind Kraftspeicher, wie
Federn oder elastische Elemente, angeordnet, so daß bei einer Relativverdre
hung die Kraftspeicher eine Kraftübertragung zwischen den scheibenförmigen
Elementen 1105, 1106 auf das Element 1107 übertragen. Die Welle 1108 ist
mit dem Flansch drehfest verbunden, wobei die Verzahnung oder das Zahnrad
1109 mit der Welle 1108 formschlüssig oder einstückig verbunden ist. Das
Zahnrad 1109 kämmt das Segmentzahnrad 1110 und verdreht die zentrale
Schaltwelle 1111, falls der Elektromotor angetrieben wird. An der zentralen
Schaltwelle 1111 ist der oder die Schaltfinger 1112a, 1112b angeordnet zum
Eingriff in die Schaltmäuler 1113 der Schaltstangen des Getriebes. Der
Schaltfinger betätigt die Schaltung der Vorwärtsgänge, der Schaltfinger 1112b
betätigt in diesem Ausführungsbeispiel das Schaltmaul zur Betätigung des
Rückwärtsganges. Der Elektromotor 1102 weist ebenfalls eine Schnecke 1120
auf, die das Schneckenzahnrad 1121 kämmt. Das Schneckenzahnrad ist im
Bereich der Achse 1122 gelagert und weist ein Zahnrad 1123 auf, das einen
Schaltfinger 1124 aufweist. Der Schaltfinger greift in eine Aussparung 1125
der zentralen Schaltwelle ein und bei Verdrehung des Zahnrades 1121 wird
der Schaltfinger um die Achse 1122 verkippt, so daß die zentrale Schaltwelle
1111 axial bewegt wird. Dadurch werden die Schaltfinger 1112a, 1112b in
axialer Richtung gehoben oder gesenkt. Die Aussparung 1125 kann spanab
hebend, wie durch Fräsen, herausgearbeitet sein.
Die Fig. 24 zeigt die Vorrichtung aus einer anderen Perspektive, wobei der
Schaltfinger 1124 in die Aussparung 1125 der zentralen Schaltwelle 1111
eingreift, um bei einer Verschwenkung des Fingers 1124 eine Hubbewegung
der zentralen Schaltwelle anzusteuern. Das Segmentzahnrad 1110 ist am
unseren Endbereich der zentralen Schaltwelle 1111 mittels des Schraub- oder
Nietverbindungselements 1132 oder durch Schweißen, wie Reibschweißen,
Laserschweißen, Punktschweißen oder ähnliches, verbunden. Der Schaltfin
ger 1112a sowie der Schaltfinger 1112b ist einstückig mit dem Segmentzahn
rad 1110 ausgebildet, wie beispielsweise als Blechformteil hergestellt. Die
Kontur kann dabei durch Stanzen eines Bleches hergestellt werden und an
schließend durch einen Präge- oder Umformprozeß bearbeitet werden.
Die Fig. 25 zeigt an einem Ausschnitt noch einmal den Finger 1124, der in
die Aufnahme 1125 eingreift, wobei der Finger einstückig mit dem Zahnrad
1121 verbunden ist und um die Achse 1122 drehbar gelagert ist.
Die Fig. 26 zeigt noch einmal einen Ausschnitt der zentralen Schaltwelle
1111, die mit der Aussparung 1125 und dem Schaltfinger 1124 dargestellt ist.
Am unteren Ende der zentralen Schaltwelle ist mittels des Verbindungsele
mentes, wie Nietkopf oder Schraubverbindung, das Segmentzahnrad 1110 mit
den Schaltfingern 1112a und 1112b verbunden.
Der Schaltfinger 1112a greift in eines der Schaltmäuler 1113 ein. Durch eine
Verschiebung des Schaltfingers 1112a längs der Achse der zentralen Schalt
welle 1111 wird der Schaltfinger in Eingriff in ein Schaltmaul gebracht und
somit der einzulegende Gang des Schaltgetriebes ausgewählt. Damit wird
zuerst die Gasse der einzulegenden Gänge gewählt. Durch eine Drehung des
Schaltfingers 1112a um die Achse der zentralen Schaltwelle 1111 wird die
Verschiebung einer Schaltgabel 1130 längs der zugehörigen Schaltstange und
somit die Getriebeschaltung und das Einlegen eines Ganges bewirkt. Zur Er
zeugung der für die Getriebeschaltung erforderlichen Dreh- und Hubbewegung
des Schaltfingers 1112a wird ein Schaltmotor 1101 und ein Wählmotor 1102
verwendet. Der Schaltmotor überträgt eine Drehbewegung der Abtriebswelle
über eine Schnecke und ein Schneckenzahnrad, also ein Schneckengetriebe,
auf ein Eingangselement einer vorgespannten Elastizität, wobei das Ein
gangselement durch zwei Scheiben 1105 und 1106 ausgebildet ist. Über
Kraftspeicher erfolgt der Kraftfluß auf den Flansch 1107 und von dort auf die
Welle 1108 und von dort auf das Zahnrad 1109, welches im Eingriff steht mit
dem Segmentzahnrad 1110 der zentralen Schaltwelle. Das Schneckenrad, das
Dämpfungselement 1105 bis 1107 sowie das Zahnrad 1109 sind drehbar auf
einer Steckachse gelagert, die mit 1140 bezeichnet ist. Die Steckachse 1140
stützt sich auf einer Seite im Gehäuse des Schaltmotors und auf der anderen
Seite im Aktorgehäuse ab. Die Verbindung des Schneckenrades der An
triebsseite der Elastizität, wie dem Element 1105, 1106 und die Verbindung
der Abtriebsseite der Elastizität, der Flansch 1107, erfolgt vorzugsweise über
Verzahnungspaarungen, wie Innenverzahnung und Außenverzahnung ent
sprechend den Fig. 20 bis 22.
Mittels einer Stirnradverzahnung wird die Drehbewegung von dem Zahnrad
1109 auf das Segmentzahnrad 1110 übertragen. Das Zahnrad 1109 kann
ebenso als Segmentzahnrad ausgebildet sein, wobei die axiale Dimension
oder Länge des Zahnrades 1109 derart gewählt ist, daß unter axialer Ver
schiebung der zentralen Schaltwelle der Verzahnungseingriff zwischen den
Elementen 1109 und 1110 gewährleistet bleibt. Ebenso könnte auch das Seg
mentzahnrad 1110 die axiale Länge aufweisen, daß der Verzahnungseingriff
gewährleistet bleibt, wobei dann das Zahnrad 1109 kürzer ausgebildet sein
kann. Vorteilhaft kann es sein, wenn das Segmentzahnrad 1110 und der
Schaltfinger 1112a, 1112b formschlüssig verbunden oder einstückig ausgebil
det sind. Ein weiterer Schaltfinger 1112b kann zusätzlich zu dem Schaltfinger
1112a vorhanden sein, falls das Getriebe derart ausgebildet ist, daß bei
spielsweise der Rückwärtsgang mittels eines anderen Schaltfingers geschaltet
wird als die Vorwärtsfahrgänge. Dabei kann der Schaltfinger 1112b ebenso
einstückig oder formschlüssig verbunden sein mit dem zweiten Schaltfinger
und/oder dem Segmentzahnrad.
Das Segmentzahnrad 1110 und die Schaltfinger 1112a, 1112b sind drehfest
mit der zentralen Schaltwelle verbunden, wobei die zentrale Schaltwelle in
einer im Aktorgehäuse eingepreßten Gleitlagerbuchse geführt wird.
Der Wählmotor überträgt seine Drehbewegung der Abtriebswelle über eine
Schnecke und ein Schneckenzahnrad, wie Schneckengetriebe, auf einen Ex
zenter, wie Schaltfinger 1124. das Schneckenzahnrad und der Exzenter sind
drehbar auf der Steckachse des Wählmotors 1122 gelagert, die sich auf der
einen Seite im Gehäuse des Wählmotors und auf der anderen Seite im Aktor
gehäuse selbst abstützen kann. Der Exzenter, wie Finger 1124 greift in ein auf
der zentralen Schaltwelle befestigtes oder einstückig mit ihr ausgebildetes
Wählgabelmaul, wie Aussparung 1125 ein, so daß eine Drehbewegung des
Exzenters eine Verschiebung der zentralen Schaltwelle in ihrer axialen Rich
tung bewirkt.
Das Wählgabelmaul 1125 kann derart ausgebildet sein, daß in dem zur Ge
triebeschaltung notwendigen Hub- und Drehbewegungsbereich zur zentralen
Schaltwelle die Drehbewegung unabhängig von der Stellung des Exzenters
wählen ausgeführt werden kann. Dies bedeutet, daß das Wählgabelmaul 1125
derart groß bemessen ist, daß durch die Verdrehung der zentralen Schaltwelle
der Schaltgabelfinger 1124 weiterhin im Eingriff des Maules 1125 bleibt.
Die Verzahnung des Zahnrades 1109 zum Schalten des Getriebes und des
Segmentzahnrades 1110 sind derart ausgeführt, daß die Zahnflanken in
Richtung der Drehachse verlaufen. In dem zur Getriebeschaltung notwendigen
Hub- und Drehbewegungsbereich der zentralen Schaltwelle kann eine Bewe
gung des Segmentzahnrades und des damit fest verbundenen Schaltfingers in
axialer Richtung der zentralen Schaltwelle unabhängig von dem Drehwinkel
des Segmentzahnrades ausgeführt werden. Dies wird dadurch erreicht, daß
entweder das Zahnrad 1109 oder das Zahnrad 1110 eine Länge aufweist, die
zumindest dem Hubbereich der zentralen Schaltwelle entspricht, so daß auch
bei einem vollen Hub der zentralen Schaltwelle der Verzahnungseingriff der
Elemente 1109 und 1110 gewährleistet bleibt.
Der Schaltfinger 1124 zum Wählen kann als zylinderförmig ausgeführtes Ele
ment in vorteilhafter Art ausgebildet sein. Weiterhin kann der Finger zur Betä
tigung des Wählvorganges als Gleichdick oder mit einer gleichdickförmigen
Kontur derart ausgeführt sein, daß bei einer Winkelveränderung des Fingers
eine proportional zum Winkel der Verdrehung des Fingers resultierende axiale
Verschiebung der zentralen Schaltwelle resultiert. Dabei wird erreicht, daß der
wirksame Radius des Schaltfingers beim Ausschwenken aus der Mittellage
nahezu konstant gehalten wird, womit das Verhältnis von Schwenkwinkel des
Exzenters zu Hubweg der zentralen Schaltwelle eine im wesentlichen ideale
Linearität aufweist und dabei das Spiel zwischen Wählgabelmaul und Exzenter
bei jeder Winkelstellung im wesentlichen gleich ist.
Die Fig. 27 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer im Kraftfluß zwischen Elek
tromotor und zentraler Schaltwelle angeordneten Elastizität, wobei das schei
benförmige Teil 1105 mit dem scheibenförmigen Teil 1106 formschlüssig bei
spielsweise über eine Schnappverbindung oder über Nasen 1105a in Verbin
dung steht. Zwischen den beiden Elementen 1105 und 1106 ist ein scheiben
förmiges Bauteil 1107 angeordnet. Das Element 1105 weist antriebsseitig eine
Verzahnung 1180 auf, die als Innenverzahnung ausgebildet ist. Mit dieser
Verzahnung steht beispielsweise das Schneckenzahnrad 1104 der Fig. 23 in
Verbindung. Das Element 1107 weist einen in axialer Richtung hervorstehen
den Kragen 1107a auf, welcher im inneren Bereich eine Verzahnung 1181
aufweist. Mit dieser Verzahnung 1181 steht beispielsweise die Welle 1108 in
formschlüssiger Verbindung.
Die Elemente 1105 und 1106 weisen schalenartige Aufnahmebereiche 1182
und 1183 auf, die Kraftspeicher 1184 aufnehmen. Das Element 1107 weist
Aussparungen oder Fenster 1185 auf, in die die Kraftspeicher eingelegt sind.
Die Ausnehmungen 1182 und 1183 zur Aufnahme der Kraftspeicher weisen im
wesentlichen eine Länge auf, die etwa gleich der axialen Ausdehnung der
Kraftspeicher 1184 ist, so daß die Kraftspeicher unter Vorspannung in den
Aufnahmen aufgenommen sein können. Unter Relativverdrehung zwischen
den Bauteilen 1105, 1106 und dem flanschartigen Bauteil 1107 erfolgt eine
Kraftbeaufschlagung der Kraftspeicher 1184, die eine Drehmomentübertra
gung von dem Element 1105 auf das Element 1107 bewirkt. Die Vorspannung
der Radspeicher kann derart ausgewählt sein, daß beispielsweise eine Kom
primierung der Kraftspeicher erst dann erfolgt, wenn das übertragbare
Drehmoment größer ist als die Vorspannkraft des Kraftspeichers. Steigt an
schließend das anliegende Moment weiterhin an, so werden die Kraftspeicher
im wesentlichen proportional dieser Kraft komprimiert und erreichen bei einem
weiteren vorgebbaren Kraftwert oder Drehmomentwert einen Zustand, bei dem
die Windungen der Kraftspeicher auf Block gehen oder Anschläge zwischen
den Elementen 1105 und 1107 auf Block gehen. Ab diesem Kraft- oder
Drehmomentwert erfolgt die Kraftübertragung bei steigendem Drehmoment
formschlüssig, ohne daß eine Dämpferwirkung der Kraftspeicher vorliegt.
Aufgabe der Erfindung ist es weiterhin, eine Betätigungsvorrichtung, wie Aktor,
für ein automatisiertes Schaltgetriebe zu schaffen, die einen geringen oder
reduzierten Teileumfang aufweist, weiterhin beim Getriebehersteller und Kfz-
Hersteller einfach montiert werden kann und in Bezug auf den nötigen Bau
raum klein ist. Außerdem ist es vorteilhaft, wenn keine größeren Änderungen
an bereits existierenden Getriebe durchgeführt werden müssen.
Die Fig. 29 bis 32 zeigen ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungs
beispiel.
Auf dem Schaltgetriebe 1201 ist der Aktor 1202, wie Betätigungsvorrichtung,
mit Elektromotoren 1203, 1204 und Übersetzungsgetriebe für die Betätigung
des Schaltvorgangs und des Wählvorgangs befestigt. Die Schaltbewegung
wird als Drehbewegung auf die zentrale Schaltwelle 1205 übertragen. Die
Bewegungstransformation vom Elektromotor 1203 zur zentralen Schaltwelle
1205 erfolgt über ein Schneckengetriebe 1206. Die Drehbewegung des E-Motors
wird über das Schneckengetriebe auf die Welle 1207 übertragen.
Weiterhin befindet sich auf der Welle 1207 drehfest eine Verzahnung 1208,
welche ein Zahnradsegment 1209 antreibt, das an eine Hülse 1210 befestigt
ist. Diese Hülse wird über einen Bozen 1211 drehfest mit der zentralen
Schaltwelle 1205 verbunden. Somit wird das Antriebsmoment der Welle 1207
auf die zentrale Schaltwelle übertragen.
Das Wählen der Gasse des Schaltbildes erfolgt durch das Auf- und Abbewe
gen der zentralen Schaltwelle 1205. Die Bewegungstransformation vom Elek
tromotor 1204 zur zentralen Schaltwelle erfolgt ebenso über ein Schnecken
getriebe 1212. Die Drehbewegung des Elektromotors wird über das Schnec
kengetriebe auf die Welle 1213 übertragen. Weiterhin ist die Weile 1213
drehfest mit einem kurzen Hebel 1214 versehen. Die andere Extremität dieses
Hebels (oder Fingers) greift in eine Nut 1215 auf der Außenseite der Hülse
1210 ein. Somit wird die Schwenkbewegung des Hebels 1214 in die Hubbe
wegung der Hülse 1210 umgesetzt. Diese Hülse wird über einen Bolzen 1211
fest mit der zentralen Schaltwelle 1205 verbunden. Somit wird die Schwenk
bewegung des Hebels 1214 auf die Hubbewegung der zentralen Schaltwelle
übertragen.
Während des Wählvorgangs, d. h. während der Hubbewegung der zentralen
Schaltwelle 1205, gleitet das Zahnradsegment 1209 auf und ab entlang des
Zahnrads 1208 des Schaltmotors. Bei einer Schaltung innerhalb der Gasse 3/4
findet die Verzahnung auf mittlere Höhe des Zahnrads 1208 statt. Bei Gasse
1/2 bzw. 5/R findet die Verzahnung im unteren Drittel bzw. im oberen Drittel
des Zahnrads 1208 statt.
Signale und elektrische Energie kommen von außen über einen Stecker (nicht
gezeigt) jeweils zu den Elektromotoren 1203 und 1204.
Besonders vorteilhaft ist die Verwendung der Hülse 1210 für die Betätigungs
vorrichtung. Sie ermöglicht die Montage des kompletten Aktors auf das Ende
der zentralen Schaltwelle. Eine solche Lösung ist bei manchen zur Anwendung
kommenden Fahrzeuggetrieben vorteilhaft, weil die zentrale Schaltwelle direkt
im Getriebe eingebaut ist und nicht Bestandteil eines Schaltdoms bzw. Inte
gralmoduls ist.
Durch das in den Figuren beschriebene Ausführungsbeispiel ist es möglich
einen bereits fertig montierten Aktor 1202 auf das schon fertig montierte
Schaltgetriebe 1201 anzubringen. Dabei ist es zweckmäßig, wenn die zentrale
Schaltwelle 1205 durch den Aktor bzw. die Hülse 1210 durchgeführt und durch
den Bolzen 1211 drehfest an die Hülse 1210 verbunden werden. Anschließend
wird der Aktor 1202 an das Getriebegehäuse verschraubt.
Der Aktor wird oben an der Stelle an der die Hülse 1210 durchgeführt wird
durch einen Wellendichtring 1216 von Außenschmutz abgedichtet.
Die Fig. 33 bis 38 zeigen ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungs
beispiel. Die Vorrichtung zur Getriebebetätigung betätigt ein Getriebe mit zwei
Betätigungswellen für das Schalten und Wählen, welche aus dem Gehäuse
ragen. Bedingt durch den inneren Aufbau des Getriebes befinden sich die für
eine reine add-on Lösung günstigen Anschraubaugen zur Befestigung des
Aktorgehäuses und die Lagerstellen der Betätigungswellen nicht auf dem selben
Teil.
Wichtige Punkte dabei sind:
- - Betätigung der Schaltwelle durch die zweite Getriebestufe und einem
zusätzlichen Mitnehmer zum Ausgleich der Achstoleranzen,
- - direkte Betätigung der Schaltwelle durch die zweite Getriebestufe
unter Verwendung einer gegenüber kleinen Achsabstandsänderun
gen unempfindlichen Verzahnungsart,
- - Betätigung der Wählwelle mit Hilfe einer Kurbelschleife.
Das Getriebe besitzt folgende charakteristischen Merkmale bzw. Tei
le: Getriebegehäuse 1301, Kupplungsglocke 1302, Schaltwelle 1303. Die
Schaltung der Gänge erfolgt durch ein Drehen 1304 der Schaltwelle. Die Gas
senwahl erfolgt durch Drehen 1306 der Wählwelle 1305. Gleichzeitig wird
dadurch eine Längsbewegung 1307 der Schaltwelle 1303 bewirkt.
Die Schaltwelle 1303 könnte auch als einzige zentrale Schaltwelle mit Rotation
für das Schalten und Translation für das Wählen benutzt werden.
Für die add-on Befestigung des Getriebeaktors am Getriebe bietet sich die
Verschraubung 1308 der Gehäuseteile 1301 und 1302 an. Die Trennfuge 1309
ist gekennzeichnet. Durch Nutzen dieser vorhandenen Anschraubpunkte wird
keine Gehäuseänderung beim Getriebehersteller notwendig.
Die Schaltwelle 1303 und die Wählwelle 1305 sind über ein internes Zwi
schenteil am Gehäuseteil der Kupplungsglocke 1302 befestigt.
Die relative Lage zwischen der Schaltwelle 1303 bzw. der Wählwelle 1305 und
den Anschraubpunkten 1308 ist mit verhältnismäßig großen Toleranzen be
haftet.
In Fig. 34 wird beispielhaft das Ensemble Getriebe-Getriebeaktorik gezeigt.
Zu erkennen sind das Getriebe 1301, das Aktorgehäuse für die Schaltbetäti
gung 1311a, das Aktorgehäuse für die Wählbetätigung 1311b, Getriebemotor
Schalten 1312 und Getriebemotor Wählen 1313.
Bei manchen Ausführungsbeispielen ist eine Verwendung von einer zweiten
Getriebestufe mit einer Untersetzung im Bereich von 2 bis 5 vorteilhaft, insbe
sondere im Bereich der Schaltaktorik. Wegen ihrer konstanten Untersetzung
ist eine Stirnradstufe hierbei zweckmäßig. Es ergeben sich daraus Anforde
rungen an die Genauigkeit von Achsabstand und Winkelversatz der Achsen.
Fig. 35 zeigt einen Querschnitt durch den Schaltaktor. Am Getriebegehäuse
1301 ist an den vorhandenen Anschraubpunkten ein Trägerteil 1314 für die
Aktorik angeschraubt. Der Getriebemotor 1312 für die Schaltung ist so ange
ordnet, daß er sich möglichst an das Getriebegehäuse anschmiegt, und daß
die Achse des Abtriebsritzels bis auf Toleranzfehler parallel zur Schaltbetäti
gungswelle 1303 des Getriebes steht.
Auf der oberen Seite ist am Schalt-Getriebemotor 1312 ein Gehäuse 1316 mit
einer Zahnradstufe bestehend aus Ritzel 1315 und Zahnsegment 1317 an
geflanscht. Der Achsabstand der beiden beteiligten Verzahnungsteile 1315
und 1317 läßt sich in dieser Anordnung mit hinreichend kleinen Toleranzen
realisieren. Das Gehäuse 1316 mit der zweiten Getriebestufe und der Schalt-
Getriebemotor 1312 sind gemeinsam mit dem Trägerteil 1314 verschraubt
1318.
Das Zahnsegment 1317 überträgt die Bewegung über eine Welle 1319 aus
dem Gehäuse 1316 auf einen Mitnehmer 1320. Der Mitnehmer ist im vorlie
genden Fall genutet, siehe Fig. 36. In die Nut ragt ein auf der Schaltbetäti
gungswelle 1303 des Getriebes 1301 befestigter Hebel 1321, welcher zwecks
Spielminimierung und Toleranzunempfindlichkeit konvex profiliert ist 1322,
besonders vorteilhaft als Gleichdick.
In der gezeigten Variante muß der Mitnehmer 1320 so ausgebildet sein, daß
der Kontakt zum Hebel 1321 in oberster 1323 und unterster 1324 Stellung der
Schaltbetätigungswelle noch gewährleistet ist. Der Poltopf 1325 des Getrie
bemotors befindet sich außerhalb des Schwenkbereichs von Mitnehmer 1320
und Hebel 1321.
Die gezeigte Anordnung kann sehr kostengünstig ausgeführt werden, indem
das Gehäuse 1316 als Blechformteil, als Alu-Druckgußteil oder als Kunst
stoffspritzteil gefertigt wird. Für das Zahnsegment 1317 eignet sich beispiels
weise Feinschneiden oder Feinstanzen als Fertigungsverfahren. Der Mitneh
mer 1320 basiert auf einem Blechumformteil, wobei die notwendige Stabilität
der Nut durch Verschweißen oder Verstemmen 1326 erzielt werden kann.
Vorteilhaft kann ist es, wenn das Trägerteil 1314 und das Gehäuse 1316 als
ein Teil ausgebildet ist, wobei dann der Schalt-Getriebemotor als oberstes
Element angeordnet ist. Ebenso kann es zweckmäßig sein, wenn ein Tau
schen von genutetem Mitnehmer 1320 und Hebel 1321 vorliegt. Vorteilhaft ist
es, wenn eine hinreichend genaue Achslage der zweiten Getriebestufe durch
Lagerung im Aktorgehäuse und Toleranzausgleich durch Mitnehmer am Ab
trieb der zweiten Getriebestufe gegeben ist. Weiterhin ist eine kompakte An
ordnung durch Trennen von Träger und Gehäuse der zweiten Getriebestufe
gegeben. Eine kostengünstige Fertigung des Aktorabtriebs mit Zahnsegment,
Welle und genutetem Mitnehmer kann durch den gezeigten Aufbau realisiert
werden.
Fig. 37 zeigt einen Schnitt durch die Schaltaktorik. Das Aktorgehäuse 1311a
ist an den vorhandenen Anschraubpunkten 1308 mit dem Getriebegehäuse
1301 verbunden. Der Getriebemotor für das Schalten 1312 ist so angeordnet,
daß sein Schwerpunkt möglichst senkrecht über den Anschraubpunkten 1308
liegt. Die Achse des Abtriebsritzels 1315 soll möglichst parallel zur Schaltwelle
1303 des Getriebes liegen.
Das Abtriebsritzel 1315 treibt zur Realisierung der Schaltbetätigung 1304 di
rekt das mit der Schaltwelle 1303 verbundene Zahnsegment 1326. Da der
Schaltmotor 1312 und das Abtriebsritzel 1315 über das Aktorgehäuse 1311a
mit dem Getriebegehäuse 1301 und die Schaltwelle über ein internes Zwi
schenteil mit der Kupplungsglocke 1302 verbunden sind, ist der Achsabstand
der Verzahnung stark toleranzbehaftet. Um den Einfluß des Verzahnungs
spiels gering zu halten kann vorzeugsweise eine Verzahnungsart gewählt
werden, die gegenüber Achsabstandsänderungen im Zehntelmillimeterbereich
unempfindlich ist, wie beispielsweise eine Evolventenverzahnung mit kleinem
Eingriffswinkel und negativer Profilverschiebung. Um eine kompakte Anord
nung der Schaltaktorik und einen möglichst geringen Abstand des Schaltmo
tors 1312 vom Getriebegehäuse 1301 zu erreichen, wird das Zahnsegment
1326 gekröpft ausgeführt.
Das Aktorgehäuse 1311a wird nach dem Anschrauben auf dem Getriebe 1301
mit einer Kunststoffkappe 1327 verschlossen, um den Austritt von Schmierstoff
zu verhindern und um die Verzahnung vor Feuchtigkeit und Schmutz zu schüt
zen. Die Kunststoffkappe ist derart ausgeführt, daß sie die Wählbewegung
1307 der Schaltwelle 1303 nicht behindert.
Für die dargestellte Anordnung der Schaltaktorik ist als Fertigungsverfahren
für das Aktorgehäuse 1311a Alu-Druckguß oder Kunststoffspritzguß, gegebe
nenfalls mit einem Faserverbundwerkstoff, vorteilhaft. Die Verschlußkappe
1327 wird als Kunststoffspritzgußteil ausgeführt und für das Zahnsegment
1326 eignet sich als Fertigungsverfahren z. B. das Feinschneiden mit inte
griertem Umformschritt.
Die Fig. 38 zeigt einen Schnitt durch das Aktorgehäuse 1311b. Der Wählmo
tor 1313 wird so an das nach unten und nach der Seite offene Aktorgehäuse
1311b angeschraubt, daß seine Abtriebswelle mit dem aufgesteckten Motor
hebel 1329 möglichst parallel zur Wählwelle 1305 liegt.
Die Wählbewegung des Motorhebels wird über den drehbar gelagerten Wähl
pin 1330 auf den mit der Wählwelle 1305 drehmomentfest verbundenen Wähl
hebel 1331 übertragen. Der Wählhebel 1331 ist zur Aufnahme des Wählpins
1330 genutet, wobei dessen Durchmesser und die Nutbreite zur Spielminimie
rung möglichst eng toleriert werden.
Als Fertigungsverfahren für den Wählhebel eignet sich das Stanzen mit nach
folgender Feinbearbeitung von Nut und Bohrung oder das Feinschneiden.
Die Fig. 39 und 40 zeigen erfindungsgemäße Betätigungsvorrichtungen
zur automatisierten Betätigung eines Getriebes zur Betätigung der Schalt- und
Wählbewegung einer zentralen Schaltwelle eines Getriebes, wobei für jede
Betätigung, wie Drehen und axial Verschieben der Welle, ein Elektromotor
vorgesehen ist. Die Fig. 41a bis 41c zeigen jeweils einen Schnitt oder eine
Ansicht eines Elementes der Vorrichtung.
Die Vorrichtung 1400 weist einen Elektromotor 1401 auf, der abtriebsseitig
eine Schnecke 1403 eines Schneckengetriebes aufweist. Diese Schnecke
1403 kämmt ein Schneckenzahnrad 1405, das über eine Welle mit einem
Zahnrad 1412, wie Ritzel, verbunden ist. Dieses Ritzel kämmt die Verzahnung
eines Segmentzahnrades 1413. Mit dem Segmentzahnrad 1413 ist ein Schalt
finger 1415 drehfest und axial fest verbunden oder einstückig ausgebildet. Der
Schaltfinger 1415 greift in eines der Schaltgabelmäuler 1416 ein. Unter Ver
drehung des Fingers 1415 wird eine Schaltgabel betätigt und ein Gang wird
eingelegt. Dies wird durch die Betätigung mittels des Elektromotors 1402 ge
steuert. Der Motor kann reversierend betätigt werden und den Finger 1415 hin
und her schwenken. Somit wird der eine oder andere Gang im Getriebe ein
gelegt.
Durch eine Verschiebung des Schaltfingers 1415 längs der Achse der zentra
len Schaltwelle 1411 wird der Schaltfinger in Eingriff in ein Schaltgabelmaul
gebracht und somit der einzulegende Gang oder die entsprechende Schalt
gasse oder die entsprechende Ganggruppe des Schaltgetriebes ausgewählt.
Durch eine Drehung des Schaltfingers 1415 um die Achse der Zentralen
Schaltwelle 1411 wird die Verschiebung einer Schaltgabel längs der zugehöri
gen Schaltstange und somit die Getriebeschaltung bewirkt.
Zur Erzeugung der für die Getriebeschaltung erforderlichen Dreh- und Hubbe
wegung des Schaltfingers 1415 wird ein Schaltmotor 1401 und ein Wählmotor
1402 verwendet und von einer Steuereinheit angesteuert.
Der Schaltmotor überträgt seine Drehbewegung über ein Schneckengetriebe
mit Schnecke und Schneckenzahnrad mit einer zwischengeschalteten vorge
spannten Elastizität, wie Kraftspeicher, und von dieser auf das Ritzel zum
Schalten 1412. Das Schneckenzahnrad 1405, die Elastizität und das Ritzel
Schaltung 1412, wie Segmentzahnrad, sind drehbar auf einer Steckachse
1414 gelagert, die sich auf der einen Seite im Gehäuse des Schaltmotors, auf
der anderen Seite im Aktorgehäuse 1418 abstützt. Die Achse 1414 kann auch
beidseitig im Gehäuse des Aktors oder Aktuators aufgenommen und gelagert
sein.
Die Verbindung und Drehmomentübertragung des Schneckenrades 1405 mit
der Antriebsseite der Elastizität und die Verbindung der Abtriebsseite der Ela
stizität mit dem Ritzel 1412 zur Schaltung erfolgt wie oben beschrieben. Mittels
einer Stirnradverzahnung wird die Drehbewegung von dem Ritzel Schaltung
1412 auf das Segmentzahnrad 1413 übertragen, wobei das Segmentzahnrad
1413 und der Schaltfinger 1415 formschlüssig verbunden oder einstückig aus
gebildet sein können. Ein weiterer Schaltfinger 1415a kann mit dem Segment
zahnrad 1413 oder dem Schaltfinger 1415 formschlüssig verbunden sein oder
einstückig mit dem Segmentzahnrad 1413 oder dem Schaltfinger 1415 aus
geführt sein.
Das Segmentzahnrad zur Betätigung der Schaltung 1413 und die Schaltfinger
1415 und 1415a sind fest verbunden mit der zentralen Schaltwelle 1412, die
z. B. in mindestens einer im Aktorgehäuse 1418 eingepreßten Gleitlagerbuchse
geführt wird.
Der Wählmotor 1402 überträgt seine Drehbewegung über ein Schneckenge
triebe 1404 auf das Ritzel 1406a zur Betätigung der Wählbewegung. Das
Schneckenrad 1404 und das Ritzel 1406a zum Wählen sind drehbar auf der
Steckachse 1407 gelagert, die sich auf der einen Seite im Gehäuse des
Wählmotors, auf der anderen Seite im Aktorgehäuse 1418 abstützt. Auf der
zentralen Schaltwelle 1411 ist die Zahnstange 1406b zum Wählen drehbar
gelagert, so daß die Zahnstange 1406b nicht verdreht wird, wenn die zentrale
Schaltwelle 1411 sich um ihre Achse dreht. Die Verzahnungen von Ritzel
1406a und Zahnstange 1406b werden zueinander parallel gehalten, indem
sich die Verzahnungen der Verzahnungspartner gegenseitig an den Flanken
der Verzahnung abstützen. Der Achsabstand wird so auf die ganze Breite des
Verzahnungseingriffs konstant gehalten.
Die Zahnstange 1406b zum Wählen weist Flächen 1419 senkrecht zur Dreh
achse der zentralen Schaltwelle 1411 auf. Die zentrale Schaltwelle 1411
selbst weist die entsprechenden Gegenflächen 1420 auf, so daß die Tangenti
alkraft der Ritzelverzahnung über die Zahnstange auf die zentrale Schaltwelle
1411 übertragen wird. Die Verdrehung des Ritzels 1406a zum Wählen bewirkt
eine Verschiebung der Zahnstange 1406b zum Wählen und der zentralen
Schaltwelle 1411 längs ihrer Achse. Dadurch wird das Segmentzahnrad 1413
und die Zapfen 1415 und 1415a axial verschoben, so daß sie in unterschiedli
che Schaltgabelmäuler geschoben werden können.
Durch die begrenzte Länge der Zahnstange 1406b zum Wählen und durch
konstruktive Maßnahmen wie nur teilweise ausgeprägte Verzahnungslücken
am Rand des Bauteils werden interne Anschläge 1423 geschaffen, die den
Bewegungsbereich auf das Notwendige bzw. Zulässige begrenzen.
Die Drehachsen des Ritzels 1406a zum Wählen und der zentralen Schaltwelle
1411 stehen senkrecht aufeinander, so daß in dem zur Getriebeschaltung
notwendigen Hub- und Drehbewegungsbereich der zentralen Schaltwelle 1411
die Drehbewegung unabhängig von der Stellung des Ritzels 1406a zum
Wählen ausgeführt werden kann und umgekehrt.
Die Zahnstange 1406b zum Wählen ist in einer spezielle Ausführungsform
derart gestaltet, daß sie einen Schlitz 1430 längs der Drehachse der zentralen
Schaltwelle aufweist. Der Schlitz 1430 geht in eine Drehführung 1421 über,
wobei die Drehführung geringfügig größeren Durchmesser hat als der Schlitz
breit ist. Die zentrale Schaltwelle 1411 weist einen Bereich 1422 auf, indem
der Durchmesser stark verringert ist und mit der Drehführung der Zahnstange
1406b zum Wählen korrespondiert. Die Drehführung kann auch bereichswei
se, z. B. nur an den axialen Randbereichen oder Rändern der Zahnstange
1406b zum Wählen ausgeführt sein. Die Zahnstange zum Wählen wird mit
dem Schlitz 1430 auf die zentrale Schaltwelle aufgesteckt. Durch das geringe
Übermaß der zentralen Schaltwelle 1411 gegenüber dem Schlitz 1430 ergibt
sich eine formschlüssige Verbindung, wie Schnappverbindung. Da das Ritzel
zum Wählen wegen der oben genannten internen Anschläge immer im Eingriff
in die Zahnstange 1406b zum Wählen ist und der Achsabstand durch die oben
genannte Verzahnungsausführung sichergestellt wird, kann diese nicht von
der zentralen Schaltwelle heruntergedrückt werden.
Die Verzahnungen des Ritzels 1412 zum Schalten und des Segmentzahnra
des 1413 sind derart ausgeführt, daß die Zahnflanken in Richtung der Dreh
achsen verlaufen. In dem zur Getriebeschaltung notwendigen Hub- und Dreh
bewegungsbereich der zentralen Schaltwelle kann eine Bewegung des Seg
mentzahnrades und damit fest verbundener Schaltfinger in axialer Richtung
der zentralen Schaltwelle unabhängig von dem Rotationswinkel des Segment
zahnrades ausgeführt werden.
Auch die Verzahnung von dem Ritzel 1412 zum Schalten und dem Segment
zahnrad 1413 können derart ausgeführt werden, daß sich die Verzahnungs
partner beispielsweise an Zahnflanken gegenseitig abstützen.
Bei einer anderen Kinematik der zentralen Schaltwelle 1411, bei der die
Schaltbewegung eine Schiebe- und die Wählbewegung eine Drehbewegung
ist, kann das gezeigte Konstruktionsprinzip verwendet werden, indem die
Schaltbewegung zur Wählbewegung wird und umgekehrt.
Die zentrale Schaltwelle 1411 weist an ihrem einen Endbereich einen Bereich
1432 mit einer Reduzierung des Durchmessers auf der von einem Abschluß
knopf 1431 abgeschlossen wird.
Dieser Bereich 1432 wird von der Aussparung 1433 der Zahnstange 1406b
aufgenommen und drehbar aber axial fest gelagert. Dazu weist die Zahnstan
ge 1406b Wangen 1435 an beiden Seiten des Schlitzes 1419 auf, die ein Ent
weichen der Zahnstange 1406b verhindern.
Erfindungsgemäß weist das Kraftfahrzeug mit einem Antriebsmotor, einem Getrie
be und einem Drehmomentübertragungssystem, wie Kupplung, eine Vorrichtung
zur automatisierten Betätigung des Getriebes auf, die mit einer Steuereinheit und
zumindest einem von der Steuereinheit ansteuerbaren Aktor zum automatisierten
Schalten/Wählen einer Getriebeübersetzung des Getriebes ausgerüstet ist. Die
Steuereinheit steht dabei mit zumindest einem Sensor und gegebenenfalls mit
anderen Elektronikeinheiten in Signalverbindung. Der Aktor weist einen ersten
Antrieb 1401 zur Betätigung eines Getriebeelementes 1416 zum Schalten einer
Getriebeübersetzung und einen zweiten Antrieb 1402 zur Betätigung eines Ge
triebeelementes 1411 zum Wählen einer Getriebeübersetzung auf, wobei der
erste Antrieb 1401 über ein erstes Getriebe, wie Schneckengetriebe 1403, 1405
mit nachgeordnetem Stirnradgetriebe 1412, 1413, ein Element des Getriebes 1416
oder der Vorrichtung 1411 zum Schalten der Getriebeübersetzung betätigt und
der zweite Antrieb 1402 über ein zweites Getriebe, wie Schneckengetriebe
1404, 1404a, ein Element des Getriebes oder der Vorrichtung 1411 zum Wählen
der Getriebeübersetzung betätigt, dem Schneckengetriebe 1404, 1404a ein Stirn
rad 1406a nachgeordnet ist, das eine Zahnstange 1406b kämmt, wobei die Zahn
stange 1406b auf einer axial beweglichen und verdrehbaren Welle 1411 drehbar
gelagert aufgenommen ist. Zweckmäßig ist, wenn die Welle 1411 mittels des
zweiten Antriebs 1402 über ein Schneckengetriebe 1404, 1404a und ein nachge
schaltetes Zahnrad 1406a und die Zahnstange 1406b axial hebbar und senkbar
ist. Die Welle 1411 ist mittels des ersten Antriebs 1401 über eine Schnecke 1403
und ein Schneckenzahnrad 1405 und gegebenenfalls ein nachgeschaltetes Stirn
radgetriebe 1412, 1413 verdrehbar. Dazu ist die Welle 1411 zumindest einseitig
im Gehäuse der Vorrichtung gelagert. Die Welle 1411 ist mittels des ersten An
triebs 1401 verdrehbar und mittels des zweiten Antriebs 1402 in axialer Richtung
hebbar und senkbar, wobei die Zahnstange 1406b auf der Welle 1411 axial fest
aber verdrehbar aufgenommen ist und gegenüber dem die Zahnstange 1406b
kämmenden Zahnrad 1406a nicht verdrehbar ist, selbst wenn die Welle verdreht
wird. Dies wird dadurch erreicht, daß sich Zahnstange und Zahnrad mittels Ver
zahnung gegenseitig zentrieren. Die Zahnstange 1406b weist eine Bohrung 1433
oder einen Schlitz 1430 in axialer Richtung auf, der einen im Durchmesser redu
zierten Bereich 1432 der Welle 1411 verdrehbar aber axial fest aufnimmt. Die
Welle 1411 weist einen im Durchmesser reduzierten Bereich 1432 auf, der die
Zahnstange 1406b verdrehbar trägt, wobei ein Endanschlag 1431 mit der Welle
verbunden ist, der die Zahnstange axial sichert. Der Endanschlag ist vorteilhaft mit
der Welle einstückig ausgebildet. In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die
Zahnstange mit der Welle formschlüssig verbunden. In einem weiteren Ausfüh
rungsbeispiel ist die Zahnstange mit der Welle mittels Gewinde verschraubt ist.
Die Zahnstange weist eine zentrale sich in axialer Richtung erstreckende Aus
nehmung 1433, wie Bohrung, und einen sich in axialer Richtung erstreckenden
Schlitz 1430 auf, wobei die Zahnstange den Schlitz begrenzende nachgiebige
elastische Wangen 1435 beiderseits des Schlitzes aufweist.
Die Zahnstange ist im wesentlichen hohlzylindrisch ausgebildet, wobei der Schlitz
der Zahnstange in einem Wandungsbereich gegenüber der Verzahnung ange
ordnet ist.
Vorteilhaft ist es, wenn die Zahnstange 1406b und/oder das diese kämmende
Zahnrad 1406a aus Kunststoffmaterial hergestellt ist.
Die Fig. 42 zeigt einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Betätigungsvor
richtung, wobei nur die Welle 1411 mit dem damit verbundenen Segmentzahn
rad 1413 dargestellt ist. Weiterhin sind die Schaltfinger 1415 und 1415a dar
gestellt, die mit der Welle 1411 oder dem Segmentzahnrad 1413 fest verbun
den sind. Die Schaltfinger 1415 und 1415a betätigen durch Eingriff in ein
Schaltgabelmaul die Schaltgabeln 1416 zum Einlegen eines Ganges im Ge
triebe.
Die Axialbewegung der Welle 1411 oder die Wählbewegung erfolgt über einen
Antrieb der Welle mittels eines Zahnrades oder Ritzels, das in der Fig. 42
nicht dargestellt ist. Dazu ist am oberen Ende der Welle eine Verzahnung
ausgebildet, die auf der Zylinderoberfläche der Welle ausgebildet ist und die
einzelnen Zähne der Verzahnung kreisförmig umlaufen oder als Kreisseg
mente ausgebildet sind, die sich über einen Teilwinkelbereich der Welle er
strecken. Das Zahnrad kämmt somit die Verzahnung 1490 der Welle 1411,
wobei die Welle im Verzahnungseingriff dennoch drehbar ist. Diesbezüglich ist
die Verzahnung 1490 derart ausgelegt, daß die Welle verdrehbar ist. Die Zäh
ne der Verzahnung 1490 sind konzentrisch zu der Wellenachse ausgebildet
und angeordnet.
Es ist unter den heutigen Verkehrsdichten vorteilhaft, wenn heute allgemein
bekannte manuell geschaltete Handschaltgetriebe mittels einer Getriebeak
tuatorik ausgestattet werden, mit dem Ziel den Wähl- und Schaltvorgang und
gegebenenfalls den Kupplungsvorgang zu automatisieren.
Bei Getrieben mit einem aufschraubbaren Schaltdom mit zentralen Schaltwel
le, die in das Getriebe hinein ragt, sind in den oben gezeigten Ausführungs
beispielen erfindungsgemäße Vorrichtungen dargestellt. Besitzt das Getriebe
keinen Schaltdom mit zentraler Schaltwelle, sondern eine aus dem Getriebe
herausragende Schaltwelle, so wird diese Schaltwelle wird zur Gassenwahl
gedreht und wird für die Schaltbetätigung translatorisch verschoben. Bei sol
chen Getrieben wird entsprechend eine Anlenkung von Aktuatoren mit elek
tromotorischen antrieben an diese Schaltwelle durchgeführt. Da die Getriebe
aktuatorik mit Elektromotoren angetrieben oder betätigt wird, ist es zur Dreh
zahl- und Drehmomentanpassung vorteilhaft, wenn sowohl für die Wähl- als
auch für die Schaltbetätigung eine weitere zusätzliche, zweite Getriebestufe
verwendet wird, siehe Fig. 43.
Die zweite Getriebestufe für die Schaltbetätigung besteht im wesentlichen aus
einer Zahnradstufe und einem Hebel, der die Drehbewegung eines Zahnseg
mentes in eine lineare Bewegung überträgt.
Für die Wählbewegung kann vorteilhaft die zweite Getriebestufe durch ein
räumliches Viergelenk gebildet werden.
Vorteilhaft ist es, wenn der Einfluß der Schaltbewegung auf den an der
Schaltwelle befestigten Wählarm gering ist oder nicht vorhanden ist.
Wird dieser Wählarm beim Schalten mitbewegt, so daß hier eine Entkopplung
notwendig ist, kann durch eine geeignete Steuerstrategie vorteilhaft eine Ent
kopplung erreicht werden, indem der Wählmotor während dem Schalten über
eine Kompensationskurve nachgeregelt wird.
Die zu automatisierenden Getriebe einschließlich seiner Schaltbetätigungs
welle weisen folgende charakteristischen Merkmale bzw. Teile auf: Getriebe
gehäuse, Zwischengehäuse, Retainer (Schaltrastierung), Schaltwelle, wobei
die Schaltung der Gänge durch Verschieben der Schaltwelle und die Gassen
wahl durch Drehen der Schaltwelle erfolgt.
Für die Zentrierung und Anordnung, wie Befestigung, eines add-on Getriebe
aktuators am Getriebegehäuse bietet sich Gewindebohrungen am Getriebege
häuse an. Die weitere Befestigung des Getriebeaktuators kann an anderen
Bohrungen erfolgen. Durch Nutzung dieser am Getriebe bereits vorhandenen
Stellen wird keine Getriebeänderung beim Getriebehersteller notwendig.
In Fig. 43 ist das Getriebegehäuse 1501 zusammen mit dem Getriebeakt
tuator dargestellt. Zu erkennen sind das Getriebegehäuse 1501, der Schalt
motor 1511, die Motorplatte 1512, das Aktorgehäuse 1513, der Lagerbolzen
1514 zur Zentrierung des Getriebeaktuators zum Getriebegehäuse, der
Schalthebel 1515, der Wählarm 1516, die Koppel des Viergelenkes 1517, der
Wählmotor 1518 und die Aktuatorhalterung 19. An den Positionen 1510 wird
die Aktuatorhalterung 1519 mit dem Getriebegehäuse verschraubt.
In Fig. 44 ist ein Querschnitt durch den Getriebeaktuator dargestellt. Das
Aktuatorgehäuse 1513 wird über den Lagerbolzen 1514 auf dem Getriebege
häuse zentriert, wo er in eine Bohrung eingreift. Im Aktuatorgehäuse 1513
befindet sich eine Zahnradstufe bestehend aus Motorritzel 1522 und Zahn
segment 1523. Das Zahnsegment oder Segmentzahnrad 1523 ist zusammen
mit dem Schalthebel 1515 auf dem Lagerbolzen 1514 verdrehbar gelagert.
Dadurch sind die Abstände des Zahnsegmentmittelpunktes zur Schaltwelle
1504 und zum Motorritzel 1522 wenig toleranzbehaftet festgelegt. Das Zahn
segment 1523 überträgt seine Schwenkbewegung über eine formschlüssige
Verbindung auf den Schalthebel 1515. Die Schwenkbewegung des Schalthe
bels 1515 wird über einen Kugelkopf 1524, der in eine Öffnung der Welle ein
greift, in eine lineare Schaltbewegung 1507 transformiert. Der Wählarm 1516
ist zum Ausgleich der dabei auftretenden Höhendifferenzen des Kugelkopfes
geschlitzt. Die gezeigte Anordnung kann einen Herstellungsaufwand sehr mi
nimierend ausgeführt werden, indem das Aktorgehäuse 1513 als Blechformteil,
als Alu-Druckgußteil oder als Kunststoffspritzgießteil gefertigt wird. Für das
Zahnsegment 1523 eignet sich vorteilhaft Feinschneiden, Sintern oder ein
Feingußverfahren. Der Schalthebel 1515 kann durch Gießen oder Stanzen
hergestellt werden. Vorteilhaft ist es, wenn die genaue Achslage der zweiten
Getriebestufe durch Lagerung von Zahnsegment und Motorritzel im Aktuator
gehäuse hinreichend bekannt ist. Eine hinreichend genaue Achslage der He
belübersetzung durch Lagerung des Schalthebels auf dem Lagerbolzen ist
ebenfalls vorteilhaft.
In Fig. 45 ist das räumliche Viergelenk der Wählaktuatorik abgebildet. Die
Achse 1525 des Wählmotors wird in der am Getriebegehäuse befestigten Ak
tuatorhalterung gelagert. Der Wählhebel 1521 wird auf die Wählmotorachse
1525 gesteckt, wodurch die Lage des Wählhebels 1521 zum Getriebegehäuse
1501 und somit zur Schaltwelle 1504 klar definiert ist. Dreht man den Wählhebel
1521 um seine Drehachse 1525, wird der Wählarm 1516 über die Koppel
1517 angelenkt und gedreht. Diese Drehung wird über eine formschlüssige
Verbindung auf die Schaltwelle 1504 übertragen und erzeugt dadurch die
Schwenkbewegung 1508 zur Gassenwahl.
Die Viergelenklösung zeigt, daß sich der Wählarm 1516 beim Schalten mitbe
wegt und sich dadurch die Hebelverhältnisse des Viergelenkes und die Zuord
nung Stellung Wählhebel 1521 zu Stellung Wählarm 1516 ändert. Um ein
Verspannen des Viergelenkes zu vermeiden, wird der Wählhebel während
dem Schaltvorgang entsprechend einer Kompensationskennlinie gedreht.
Die gezeigte Anordnung kann ohne viele Bauteile ausgebildet werden, indem
der Wählhebel 1521 als Feinschneidteil, Stanzteil, Sinterteil, Gußteil oder
Kunststoffspritzgußteil gefertigt wird. Für die Koppel 1517 eignet sich ein
Rundmaterial von der Stange oder Kunststoffspritzgießen. Der Wählarm kann
als Stahlgußteil oder als Schweißgruppe gefertigt werden.
Durch die Lagerung der Wählmotorachse in der Aktorhalterung 1519 ist die
Position des Wählhebels 1521 zum Wählarm 1516 hinreichend genau defi
niert. Durch eine softwareseitige Kompensation der Auswirkung der Schaltbe
wegung auf die Wählaktorik ist eine Anordnung mit wenigen und einfachen
Bauteilen möglich. Die Viergelenklösung ist in der Lage auch über vier Gassen
zu wählen.
In Bild 46 sind die wesentlichen Bauteile der Gleitsteinlösung zu sehen.
Durch Drehen des Wählhebels 1521 um die Wählmotorachse 1525 wird der
Wählarm 1516 über einen Kugelkopf mit aufgesetztem Gleitstein 1526 ausge
lenkt. Über eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Wählarm 1516 und
der Schaltwelle 1504 wird die Wählbewegung 1508 erzeugt.
Durch die nutenförmige Ausführung des Wählarmes 1516 kann der Gleitstein
1526 ungehindert seine Position während des Schaltvorganges beibehalten,
ohne daß sich dadurch die Übersetzung der Wählaktorik ändert.
Die mit der Anmeldung eingereichten Patentansprüche sind Formulierungsvor
schläge ohne Präjudiz für die Erzielung weitergehenden Patentschutzes. Die An
melderin behält sich vor, noch weitere, bisher nur in der Beschreibung und/oder
Zeichnungen offenbarte Merkmale zu beanspruchen.
In Unteransprüchen verwendete Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbil
dung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweili
gen Unteranspruches hin; sie sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines
selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale der rückbezogenen
Unteransprüche zu verstehen.
Die Gegenstände dieser Unteransprüche bilden jedoch auch selbständige Erfin
dungen, die eine von den Gegenständen der vorhergehenden Unteransprüche
unabhängige Gestaltung aufweisen.
Die Erfindung ist auch nicht auf die Ausführungsbeispiele der Beschreibung be
schränkt. Vielmehr sind im Rahmen der Erfindung zahlreiche Abänderungen und
Modifikationen möglich, insbesondere solche Varianten, Elemente und Kom
binationen und/oder Materialien, die zum Beispiel durch Kombination oder Ab
wandlung von einzelnen in Verbindung mit den in der allgemeinen Beschreibung
und Ausführungsformen sowie den Ansprüchen beschriebenen und in den Zeich
nungen enthaltenen Merkmalen bzw. Elementen oder Verfahrensschritten erfinde
risch sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen Gegenstand oder
zu neuen Verfahrensschritten bzw. Verfahrensschrittfolgen führen, auch soweit sie
Herstell-, Prüf- und Arbeitsverfahren betreffen.