DE10046589A1 - Stellvorrichtung für ein einstellbares Getriebe, insbesondere für die Bereichsvorwahl eines Automatikgetriebes - Google Patents

Stellvorrichtung für ein einstellbares Getriebe, insbesondere für die Bereichsvorwahl eines Automatikgetriebes

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Stellvorrichtung für ein einstellbares Getriebe, insbesondere zur Einstellung eines von mehreren Vorwahlbereichen eines Automatikgetriebes in einem Kraftfahrzeug, mit einem Zwischengetriebe zur Übertragung der von einem ersten mechanischen Stellglied (EM) erzeugten Stellbewegung auf ein Wählelement (BW) des einstellbaren Getriebes, wobei das Zwischengetriebe zusätzlich zu dem ersten Stellglied mit einem zweiten mechanischen Stellglied verbunden ist, um das Getriebe auch bei einem Ausfall des ersten Stellglieds mindestens teilweise einstellen zu können.

Description

Die Erfindung betrifft eine Stellvorrichtung für ein ein­ stellbares Getriebe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere für die Bereichsvorwahl eines Automatikgetriebes.
Automatikgetriebe für Personenkraftwagen verfügen üblicher­ weise über vier Vorwahlbereiche für die verschiedenen Be­ triebszustände des Personenkraftwagens, nämlich eine Park­ stellung, eine Rückwärtsfahrstellung, eine Neutralstellung sowie eine Fahrstellung. In der Parkstellung wird das Automa­ tikgetriebe gesperrt, so dass sich die Abtriebswelle des Ge­ triebes und damit die Räder nicht drehen können, was ein un­ beabsichtigtes Wegrollen des Personenkraftwagens verhindert. Beim Parken eines mit einem Automatikgetriebe ausgestatteten Personenkraftwagen muss also sichergestellt werden, dass das Automatikgetriebe die Parkstellung einnimmt. Herkömmlicher­ weise geschieht dies dadurch, dass der Fahrer des Personen­ kraftwagens einen Wählhebel in die Parkstellung bringt, wobei die Bewegung des Wählhebels über ein Gestänge oder einen Seilzug mechanisch auf das Automatikgetriebe übertragen wird.
Weiterhin ist ein elektronisch gesteuertes Automatikgetriebe bekannt, bei dem die Verbindung zwischen dem Wählhebel und dem Automatikgetriebe nicht mechanisch durch ein Gestänge o­ der einen Seilzug, sondern über elektrische Leitungen er­ folgt, wobei die mechanische Einstellung des Automatikgetrie­ bes beispielsweise durch einen Elektromotor erfolgt.
Dieses auch als "Shift by wire" bezeichnete Prinzip hat je­ doch den Nachteil, dass bei einem Ausfall der Stromversorgung keine Einstellung des Automatikgetriebes mehr möglich ist. Es besteht deshalb die Gefahr, dass das Automatikgetriebe bei einem Stromausfall in der Fahrstellung verbleibt, so dass der Personenkraftwagen im geparkten Zustand wegrollen kann.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, die vorste­ hend beschriebene Stellvorrichtung für ein Automatikgetriebe dahingehend zu verbessern, dass auch bei einem Ausfall der normalen Ansteuerung für die Einstellung des Automatikgetrie­ bes noch ein Notbetrieb möglich ist, in dem das Automatikge­ triebe zumindest in die Parkstellung gebracht werden kann.
Die Aufgabe wird, ausgehend von der eingangs beschriebenen bekannten Stellvorrichtung für ein Automatikgetriebe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Die Erfindung umfasst die allgemeine technische Lehre, zur Einstellung des Automatikgetriebes zwei separate mechanische Stellglieder vorzusehen, so dass eine Einstellung des Automa­ tikgetriebes auch noch bei einem Ausfall eines der beiden Stellglieder oder in einem definierten Fehlerfall möglich ist.
Vorzugsweise ist das eine Stellglied zur Einstellung des Au­ tomatikgetriebes elektrisch betrieben, wohingegen das andere Stellglied zur Einstellung des Automatikgetriebes rein mecha­ nisch betrieben ist. Eine derartige unterschiedliche Ausle­ gung der beiden Stellglieder bietet den Vorteil, dass auch bei einem Ausfall der Stromversorgung für das elektrisch be­ triebene Stellglied noch eine definierte Einstellung des Au­ tomatikgetriebes möglich ist.
Als elektrisch betriebenes Stellglied wird vorzugsweise ein Elektromotor oder ein elektromagnetischer Aktor verwendet. Bei dem rein mechanisch betriebenen Stellglied handelt es sich dagegen vorzugsweise um einen Federspeicher, der als Energiespeicher beispielsweise eine Schenkelfeder oder eine Spiralfeder aufweisen kann.
In der bevorzugten Ausführungsform ist zwischen den beiden Stellgliedern und dem Wählelement des einstellbaren Gliedes ein Zwischengetriebe angeordnet, wobei das Zwischengetriebe einen Verriegelungsmechanismus aufweist, der das erste Stell­ glied und/oder das zweite Stellglied mit dem Wählelement des einstellbaren Getriebes verbindet. Auf diese Weise kann wahl­ weise eines der beiden Stellglieder die Einstellung des Ge­ triebes bewirken. Vorzugsweise ist der Verriegelungsmechanis­ mus elektrisch betrieben, wobei der Verriegelungsmechanismus das Stellglied des einstellbaren Getriebes bei funktionsfähi­ ger Stromversorgung mit dem elektrisch betriebenen ersten Stellglied und bei fehlender Stromversorgung oder im Fehler­ fall mit dem rein mechanisch betriebenen zweiten Stellglied verbindet. Im Normalbetrieb bei funktionsfähiger Stromversor­ gung erfolgt die Einstellung des Getriebes also durch das elektrisch betriebene Stellglied, wohingegen das rein mecha­ nisch betriebene Stellglied erst bei einem Ausfall der Strom­ versorgung aktiv wird. Bei dem Zwischengetriebe zur Übertra­ gung der Stellbewegung der Stellglieder auf das Wählelement des einstellbaren Getriebes handelt es sich vorzugsweise um ein Planetengetriebe mit einem Hohlrad, einem Sonnenrad und einem Planetenrad. Das erste Stellglied ist hierbei vorzugs­ weise mit dem Sonnenrad verbunden, während das zweite Stell­ glied sowie der Verriegelungsmechanismus vorzugsweise mit dem Hohlrad verbunden sind. Das Planetenrad ist dagegen vorzugs­ weise mit dem Wählelement des einstellbaren Getriebes verbun­ den ist.
In der bevorzugten Ausführungsform ist das erste elektrisch betriebene Stellglied ein Elektromotor mit einem selbsthem­ menden Schneckenrad, was den Vorteil bietet, dass das von dem Elektromotor angetriebene Sonnenrad bei einem Ausfall der Stromversorgung blockiert wird und sich nicht mehr drehen kann.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet oder werden nachstehend zusam­ men mit der Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figur näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Stellvorrichtung für ein Automatikgetriebe mit einem Planetengetriebe.
Die in Fig. 1 dargestellte erfindungsgemäße Stellvorrichtung ermöglicht die Auswahl eines von mehreren Vorwahlbereichen eines Automatikgetriebes für einen Personenkraftwagen, wobei das Automatikgetriebe wahlweise in einer Parkstellung, einer Rückwärtsfahrstellung, einer Neutralstellung oder einer Fahr­ stellung betrieben werden kann. Die Festlegung des Vorwahlbe­ reichs des Automatikgetriebes erfolgt hierbei durch eine als Wählelement für das Automatikgetriebe dienende Welle BW, de­ ren Drehwinkel den Vorwahlbereich des Automatikgetriebes festlegt.
Zur Auswahl des gewünschten Vorwahlbereichs des Automatikge­ triebes betätigt der Fahrer des Personenkraftwagens einen zur Vereinfachung nicht dargestellten Wählhebel, wobei die Stel­ lung des Wählhebels über elektrische Leitungen zu einer Steu­ ereinheit übertragen wird, die einen Elektromotor EM so an­ steuert, dass die Welle BW die dem gewünschten Vorwahlbereich entsprechende Stellung einnimmt, wie im folgenden noch de­ tailliert beschrieben wird.
Die Kraftübertragung von dem Elektromotor EM auf die Welle BW erfolgt durch ein als Zwischengetriebe dienendes Planetenge­ triebe, das auch als Umlaufgetriebe bezeichnet wird. Das Pla­ netengetriebe besteht im wesentlichen aus einem Hohlrad HR mit einer Innenverzahnung, einem im Zentrum des Hohlrades HR drehbar angeordneten Sonnenrad SR mit einer Außenverzahnung sowie einem in dem Zwischenraum zwischen dem Hohlrad HR und dem Sonnenrad SR angeordneten Planetenrad PR, das drei dreh­ bar gelagerte Planeten P1, P2, P3 trägt. Derartige Planeten­ getriebe sind allgemein bekannt und beispielsweise in Dubbel: Taschenbuch für den Maschinenbau, 15. Auflage, Seite 475 be­ schrieben, so dass im folgenden auf eine detaillierte Funkti­ onsbeschreibung des Planetengetriebes verzichtet werden kann und diesbezüglich auf das einschlägige Fachwissen verwiesen wird.
Zusätzlich zu der Innenverzahnung weist das Hohlrad HR auch eine Außenverzahnung auf, die eine Verriegelung des Hohlrades HR ermöglicht. Hierzu ist an der Außenseite des Hohlrades ein Riegel 1 angeordnet, der von einem elektromagnetischen Aktor 2 in im wesentlichen radialer Richtung bewegt werden kann, um das Hohlrad HR wahlweise zu sperren oder frei zu geben. Im Normalbetrieb des Automatikgetriebes bei funktionsfähiger Stromversorgung sperrt der Aktor 2 durch den Riegel 1 das Hohlrad HR, so dass sich dieses nicht drehen kann.
Der Elektromotor EM weist ein Schneckenrad 3 auf, das in eine Außenverzahnung eines mit dem Sonnenrad SR fest verbundenen Hebels 4 eingreift, so dass der Elektromotor EM über das Schneckenrad 3 und den Hebel 4 das Sonnenrad SR drehen kann.
Die Drehung des Sonnenrades SR wird über die Planeten P1, P2, P3 bei feststehendem Hohlrad HR auf das Planetenrad PR über­ tragen, so dass der Elektromotor EM im Normalbetrieb bei funktionsfähiger Stromversorgung und demzufolge gesperrtem Hohlrad HR das Planetenrad PR drehen kann. Das Planetenrad PR ist wiederum fest mit einem weiteren Hebel 5 verbunden, der an seiner Außenseite eine Außenverzahnung aufweist, die in eine Außenverzahnung auf der Welle BW eingreift. Im Normalbe­ trieb bei funktionsfähiger Stromversorgung kann der Elektro­ motor EM also über das zwischengeschaltete Planetengetiebe die Welle BW drehen und damit den Vorwahlbereich des Automa­ tikgetriebes bestimmen. Das Planetengetriebe und das Schne­ ckenrad 3 sind vorteilhaft, da zur Einstellung des Vorwahlbe­ reichs über die Welle BW Drehmomente bis 12 Nm aufgebracht werden können, wobei der Elektromotor EM aufgrund der einge­ schränkten Platzverhältnisse möglichst klein ausgeführt wer­ den muss.
Im folgenden wird nun die Funktionsweise der erfindungsgemä­ ßen Stellvorrichtung bei einem Ausfall der Stromversorgung beschrieben. In diesem Fall bleibt der Elektromotor EM ste­ hen, wobei das Schneckenrad 3 den Hebel 4 blockiert, so dass das Sonnenrad SR fixiert wird.
Weiterhin führt der Ausfall der Stromversorgung zu einer Ent­ riegelung des Hohlrades HR durch den Aktor 2 und den Riegel 1, so dass sich das Hohlrad HR frei drehen kann. Weiterhin greift in die Außenverzahnung des Hohlrades HR ein durch eine Spiralfeder vorgespanntes Zahnrad FS ein, welches das Hohlrad HR in eine Richtung dreht, die zur Einstellung der Parkstel­ lung des Automatikgetriebes erforderlich ist. Diese Drehung des Hohlrades HR wird aufgrund des feststehenden Sonnenrades SR über die Planeten P1, P2 und P3 auf das Planetenrad PR übertragen, wobei die Drehung des Planetenrades PR wiederum über den Hebel 5 auf die Welle BW übertragen wird. Die Drehung des federbelasteten Zahnrades FS wird beim Ausfall der Strom­ versorgung also durch das Planetengetriebe auf die Welle BW übertragen, wodurch die Parkstellung des Automatikgetriebes eingestellt wird.
Hierbei ist zu erwähnen, dass die Drehung des Zahnrades FS bei einem Ausfall der Stromversorgung zu einer Entspannung der Feder und damit zu einer Entladung des Federspeichers führt. Nach Wiederherstellung der Stromversorgung muss der Federspeicher deshalb erneut aufgeladen werden, um bei einem erneuten Stromausfall wieder einen Notbetrieb zu ermöglichen. Hierzu ist der Aktor 2 und das Hohlrad HR auch nach Wieder­ herstellung der Stromversorgung für einen vorgegebenen Zeit­ raum entriegelt, wobei der Elektromotor EM über das Schne­ ckenrad 3 und den Hebel 4 das Sonnenrad SR dreht. Die Drehung des Sonnenrades SR während des Wiederaufladens des Federspei­ chers wird über die Planeten P1, P2 und P3 direkt auf das Hohlrad HR übertragen, da die Welle BW in der Parkstellung des Automatikgetriebes fixiert ist, so dass sich das Plane­ tenrad PR nicht drehen kann. Der Elektromotor EM dreht also während des Wiederaufladens des Federspeichers nach einer Un­ terbrechung der Stromversorgung über das Schneckenrad 3, den Hebel 4, die Planeten P1, P2, P3 und das Hohlrad HR das Zahn­ rad FS, wodurch die mit dem Zahnrad FS verbundene Feder er­ neut gespannt wird.
Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene be­ vorzugte Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen denkbar, die von dem erfindungsgemäßen Gedanken Gebrauch machen und deshalb eben­ falls in den Schutzbereich fallen.

Claims (12)

1. Stellvorrichtung für ein einstellbares Getriebe, insbeson­ dere zur Einstellung eines von mehreren Vorwahlbereichen ei­ nes Automatikgetriebes in einem Kraftfahrzeug, mit
einem Zwischengetriebe (HR, PR, SR) zur Übertragung der von einem ersten Stellglied (EM) erzeugten Stellbewegung auf ein Wählelement (BW) des einstellbaren Getriebes, dadurch gekennzeichnet,
dass das Zwischengetriebe (HR, PR, SR) zusätzlich zu dem ers­ ten Stellglied (EM) mit einem zweiten Stellglied (FS) verbun­ den ist, um das Getriebe auch bei einem Ausfall des ersten Stellglieds (EM) mindestens teilweise einstellen zu können.
2. Stellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Stellglied (EM) elektrisch betrieben ist, wo­ hingegen das zweite Stellglied (FS) rein mechanisch betrieben ist, um das Getriebe auch bei einem Ausfall der Stromversor­ gung für das erste Stellglied (EM) oder in einem definierten Fehlerfall mindestens teilweise einstellen zu können.
3. Stellvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das rein mechanisch betriebene Stellglied (FS) eine Fe­ der als Energiespeicher aufweist.
4. Stellvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder eine Spiralfeder oder eine Schenkelfeder ist.
5. Stellvorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischengetriebe einen Verriegelungsmechanismus (1, 2) aufweist, der das erste Stellglied (EM) und/oder das zwei­ te Stellglied (FS) mit dem Wählelement (BW) des einstellbaren Getriebes verbindet.
6. Stellvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Verriegelungsmechanismus (1, 2) elektrisch betrieben ist, wobei der Verriegelungsmechanismus (1, 2) das Wählele­ ment (BW) des einstellbaren Getriebes bei funktionsfähiger Stromversorgung mit dem elektrisch betriebenen ersten Stell­ glied (EM) und bei fehlender Stromversorgung oder in einem definierten Fehlerfall mit dem rein mechanisch betriebenen zweiten Stellglied (FS) verbindet.
7. Stellvorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischengetriebe ein Planetengetriebe mit einem Hohlrad (HR), einem Sonnenrad (SR) und einem Planetenrad (PR) ist.
8. Stellvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Stellglied (EM) mit dem Sonnenrad (SR) und das zweite Stellglied (FS) sowie der Verriegelungsmechanismus (1, 2) mit dem Hohlrad (HR) verbunden ist, während das Planeten­ rad (PR) mit dem Stellglied (BW) des einstellbaren Getriebes verbunden ist.
9. Stellvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch betriebene erste Stellglied (EM) ein selbsthemmendes Schneckenrad (3) aufweist, welches das Son­ nenrad (SR) bei einem Ausfall der Stromversorgung blockiert.
10. Stellvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch betriebene erste Stellglied (EM) indirekt über ein weiteres Zwischengetriebe (4) mit dem Sonnenrad (SR) verbunden ist.
11. Stellvorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetenrad (PR) indirekt über ein weiteres Zwi­ schengetriebe (5) mit dem Stellglied (BW) des einstellbaren Getriebes verbunden ist.
12. Stellvorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch betriebene erste Stellglied (EM) ein E­ lektromotor oder ein elektromagnetischer Aktor ist.
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