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Die Erfindung betrifft eine Betätigungseinrichtung für ein automatisiertes mehrstufiges Schaltgetriebe eines Motorfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Aus der
DE 41 37 142 A1 ist eine Betätigungseinrichtung für ein automatisiertes Schaltgetriebe bekannt, bei der mit Hilfe eines weggesteuerten Aktuators sowie mehrerer ein- bzw. ausschaltender Aktuatoren alle Gänge des Getriebes anwählbar und schaltbar sind. Dazu ist die Motorwelle eines Elektromotors mit einem Kurvengetriebe antriebswirksam verbunden, welches wiederum koaxial mit einer Schubstange in trieblicher Verbindung steht. Die Schubstange ist über Koppelvorrichtungen wahlweise mit einer von mehreren Schaltschwingen des Getriebes verbindbar, mit deren Hilfe schaltgassenbezogen Getriebegänge eingelegt oder herausgenommen werden.
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Das Kurvengetriebe umfasst eine auf einer Spindelwelle laufende Gewindemutter, die am Getriebegehäuse verschiebefest, jedoch drehbar angeordnet ist. Der Spindelwelle sind zwei Kupplungen zugeordnet. Die erste Kupplung verbindet die Spindelwelle und die Motorwelle des Elektromotors, so dass die Motorwelle und die Spindelwelle mit der Gewindemutter gekoppelt oder gelöst wird. Die zweite Kupplung verbindet die Spindelwelle im geschlossenen Zustand mit dem Getriebegehäuse derart, dass die Spindelwelle keine Drehbewegung, sondern nur eine translatorische Bewegung ausführen kann. Die beiden Kupplungen arbeiten dabei gegenläufig, d. h., wenn die eine Kupplung geöffnet wird, ist die andere Kupplung geschlossen oder umgekehrt. Bei einer translatorischen Bewegung verschiebt die Spindelwelle demnach auch die Schubstange, mit der dann die jeweils angekoppelte Schaltschwinge bewegt wird.
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Gemäß einer anderen in der
DE 41 37 142 A1 offenbarten Betätigungsvorrichtungsvariante ist die Gewindemutter drehfest und axialverschiebbar gelagert, so dass bei einer Drehbewegung der Motorwelle die Spindelwelle angetrieben und die Gewindemutter sowie die Schubstange zur Durchführung einer Schaltgassenwählbewegung axial verschoben werden. Zudem sind ein- bzw. ausschaltende Aktuatoren im Bereich einer jeden Schaltschwinge vorhanden, die letztere mit der Schubstange derart wahlweise verbinden, dass der gewünschte Gang einlegbar ist.
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Weiterhin ist aus der
DE 41 05 157 C2 eine Schaltvorrichtung für ein Kraftfahrzeuggetriebe bekannt, bei der eine Schaltgabel des Getriebes durch einen Elektromotor angetrieben wird, der auf einer ortsfesten Schaltwelle axialbeweglich angeordnet ist.
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Nachteilig bei diesen Betätigungsvorrichtungen ist, dass diese konstruktiv aufwändig und kostenintensiv produzierbar sind. Darüber hinaus können diese aufwändigen Konstruktionen anfällig gegen Störungen sein und unterliegen zwangsläufig einem hohen Verschleiß. Des Weiteren beanspruchen diese Lösungen vergleichsweise viel Platz im Schaltgetriebe.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Betätigungseinrichtung für ein automatisiertes mehrstufiges Schaltgetriebe für ein Motorfahrzeug zur Verfügung zu stellen, das kostengünstig herstellbar ist, wenig Bauraum benötigt und verschleißarm funktioniert.
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Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Hauptanspruchs, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar sind.
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Demnach geht die Erfindung aus von einer Betätigungseinrichtung zum Auswählen und Schalten von Gängen eines automatisierten mehrstufigen Schaltgetriebes eines Motorfahrzeugs, mit einer von einem Motor antreibbaren und ein Außengewinde aufweisenden Spindelwelle, mit einer auf der Spindelwelle angeordneten und mit dem Außengewinde der Spindelwelle kämmenden Spindelmutter, sowie mit wenigstens einem ein- bzw. ausschaltbaren Aktuator, wobei durch eine Drehung der Spindelwelle um ihre Längsachse eine Schaltgasse anwählbar ist, und durch eine Betätigung des ein- bzw. ausschaltbaren Aktuators ein der jeweiligen Schaltgasse zugeordneter Gang schaltbar wird sowie mit wenigstens einem ein- bzw. ausschaltbaren Aktuator, der im eingeschalteten Zustand und bei Drehung der Spindelwelle um ihre Längsachse das Anwählen einer Gasse und im ausgeschalteten Zustand das Schalten eines der jeweiligen Gasse zugeordneten Ganges ermöglicht.
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Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist zudem vorgesehen, dass die Spindelwelle eine radial umlaufende Nut aufweist, dass die Spindelmutter einen axial verschiebbaren Stift aufweist, und dass der ein- bzw. ausschaltbare Aktuator derart ausgebildet und angeordnet ist, dass mit diesem zur Durchführung einer Schaltgassenauswahl der Stift in die radial umlaufende Nut bringbar ist, sowie zur Durchführung eines Gangschaltvorganges außerhalb der radial umlaufenden Nut verschiebbar ist.
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Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Betätigungseinrichtung besteht darin, dass mit dieser bekannte Handschaltgetriebe kostengünstiger als bisher als automatisierte Schaltgetriebe ausgeführt werden können. Die Ausbildung nur einer radial umlaufenden Nut zusätzlich zum Außengewinde auf der Spindelwelle trägt dazu bei, den für die Betätigungseinrichtung notwendigen Bauraum im Schaltgetriebe erheblich zu vermindern.
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Durch das Vorsehen nur eines ein- oder ausschaltenden Aktuators für die Betätigungsbewegung des die jeweils gewählte Schaltgasse fixierenden Stiftes kann auf aufwändige pneumatische oder hydraulische Einrichtungen zur Erzeugung einer diesbezüglichen Betätigungskraft verzichtet werden. Diese erfindungsgemäße Betätigungseinrichtung ermöglicht zudem eine beliebige Anordnung der Gänge auf den Wellen des Getriebes und ist für nahezu alle Getriebekonzepte anwendbar. Darüber hinaus ist nur eine Wähl- und Schaltwelle notwendig.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Betätigungseinrichtung sieht vor, dass der Stift zur Durchführung einer Schaltgassenauswahl aus einer von mehreren länglichen Nuten eines Getriebebauteils herausführbar, und zur Durchführung eines Gangschaltvorganges in eine dieser länglichen Nuten bringbar ist. Die Anzahl der länglichen Nuten im Getriebeteil entspricht dabei der Anzahl der Schaltgassen des Getriebes.
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Gemäß einer anderen Weiterbildung der Betätigungseinrichtung ist vorgesehen, dass der Stift in der Spindelmutter von einer Feder mit einer Federkraft belastet wird, die in Richtung zum Aktuator weist. Durch diesen Aufbau ist sichergestellt, dass der Stift beim Ausschalten des Aktuators aus der umlaufenden Nut der Spindelwelle heraus führbar ist. Auch bei einem Defekt des ein- oder ausschaltbaren Aktuators wird der Stift sowie die verschiebeaktiven Bauteile des Aktuators durch die Kraft der Rückstellfeder sicher in eine solche Position gebracht, in der die Axialverschiebbarkeit der Spindelmutter nicht beeinträchtigt ist.
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In diesem Zusammenhang wird es als vorteilhaft erachtet, wenn der Aktuator radial oberhalb des die längliche Nut enthaltenden Bauteils angeordnet ist und einen zum genannten Stift weisenden Betätigungsstempel hat. Die radial zur Spindelwelle weisenden Betätigungsbleche dieses Betätigungsstempels weisen dabei Abmessungen auf, welche etwas kleiner sind, als die der länglichen Nuten des Getriebeteils. Dadurch kann der Betätigungsstempel bzw. seine Betätigungsbleche zur Stiftbetätigung problemlos in die länglichen Nuten eingreifen und überdeckt zusätzlich vollständig den gesamten zur Schaltgangwahl möglichen Verschiebeweg der jeweiligen länglichen Nuten.
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Außerdem kann vorgesehen sein, dass der eine ein- oder ausschaltbare Aktuator elektromagnetisch und/oder federbelastet betätigbar ausgebildet, und in Abhängigkeit von seinem EIN/AUS-Schaltzustand mit dem Stift in oder außer Wirkverbindung bringbar ist. Dabei ist das die längliche Nut aufweisende Teil ortsfest im Getriebegehäuse angeordnet, wodurch die axiale Verschiebbarkeit und eine Verdrehbarkeit der mit dem Innengewinde versehenen Spindelmutter auf der Spindelwelle gewährleistet ist, um die Wahl der Schaltgasse für den einzulegenden Getriebegang und das Einlegen des gewählten Ganges zu ermöglichen. Die axiale Verschiebbarkeit sowie die Verdrehbarkeit der Spindelmutter auf der Spindelwelle stehen in unmittelbarer Wechselwirkung mit der Position des in der Spindelmutter hinsichtlich seiner Längserstreckung axial geführten Stiftes, die wiederum vom Schaltzustand des ein- oder ausschaltbaren Aktuators abhängig ist.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das die länglichen Nuten aufweisende Teil als Nutenblech ausgebildet. Die Nuten können dabei jeweils als Langloch ausgeführt sein. Gegebenenfalls kann das die Nuten enthaltende Teil Bestandteil der Gehäusewandung des Getriebegehäuses oder eines anderen ortsfesten Getriebebauteils sein.
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Gemäß einer anderen bevorzugten Weiterbildung der Betätigungseinrichtung ist die Spindelwelle rotatorisch mit einem Elektromotor verbunden, der vom elektrischen Bordnetz des Fahrzeuges mit elektrischer Energie gespeist wird und mit einem Getriebesteuergerät signaltechnisch verbunden ist.
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Während des Betätigungsvorganges wirkt der Aktuator im EIN-Schaltzustand auf den axial verschiebbaren Stift der Spindelmutter derart ein, dass dieser in die Nut der Spindelwelle verschoben wird. Dazu gelangt er außer Eingriff mit der jeweiligen Nut des die länglichen Nuten aufweisenden Teils. Wenn jedoch der Aktuator im AUS-Schaltzustand nicht auf den Stift einwirkt, befindet sich dieser außer Eingriff mit der radial umlaufenden Nut der Spindelwelle, aber in Eingriff mit einer der Nuten des die länglichen Nuten aufweisenden Teils.
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Außerdem ist vorgesehen, dass die Spindelmutter wahlweise mit einer von mehreren Schaltschwingen und Koppelmittel des Getriebes in Wirkverbindung bringbar ist, so dass in an sich bekannter Weise auf einer Getriebewelle drehgelagerte Loszahnräder mit dieser Getriebewelle drehfest verbindbar sind.
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Schließlich wird es hinsichtlich der gewünschten Funktionsweise der Betätigungseinrichtung als vorteilhaft angesehen, wenn die radial umlaufende Nut derart an der Spindelwelle ausgebildet ist, dass diese axial beidseitig von dem Außengewinde der Spindelwelle eingefasst ist.
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Zur Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung eines Ausführungsbeispiels beigefügt. In dieser zeigt die Zeichnungsfigur eine teilgeschnittene Perspektivansicht der erfindungsgemäßen Betätigungseinrichtung für ein automatisiertes mehrstufiges Schaltgetriebe eines Motorfahrzeugs.
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Die Betätigungseinrichtung gemäß der Zeichnungsfigur umfasst eine Spindelwelle 1, die von einem schematisch dargestellten Motor 2, vorzugsweise von einem Elektromotor, rotatorisch angetrieben wird. Der Motor 2 ist in oder an einem nicht gezeigten Schaltgetriebe eines Motorfahrzeuges angeordnet und wird vom Bordnetz des Fahrzeuges mit elektrischer Energie versorgt sowie von einem nicht gezeigten Getriebesteuergerät angesteuert.
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Die Spindel 1 weist über einen definierten Abschnitt ein Außengewinde 3 auf, das in dieser vereinfachten Darstellung in der Nähe des antreibenden Motors 2 beginnt. Mittig des Außengewindes 3 ist eine radial umlaufende Nut 4 ausgebildet.
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Auf der Spindelwelle 1 ist eine mit einem zum Außengewinde 3 der Spindelwelle 1 korrespondierenden Innengewinde 5 versehene Spindelmutter 6 angeordnet, so dass die Spindelmutter 6 durch eine Drehung der Spindelwelle 1 translatorisch bewegbar ist. Im Bereich der auf der Spindelwelle 1 ausgebildeten radial umlaufenden Nut 4 weist die Spindelmutter 6 einen in einer Aufnahmebohrung aufgenommenen, radial hervorstehenden und zur Spindelmutter 6 axial verschiebbaren Stift 7 bestimmter Länge auf. Die Dicke des Stiftes 7 ist etwas kleiner als die Breite der radial umlaufenden Nut 4 in der Spindelwelle 1, so dass der Stift 7 leicht in dieser Nut 4 aufnehmbar ist.
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Die mit dem Stift
7 versehene Spindelmutter
6 dient im Zusammenwirken mit der Spindelwelle
1 zur Auswahl einer der möglichen Schaltgassen des Getriebes und zum Einlegen des gewählten Getriebeganges über im Getriebegehäuse angeordnete Schaltelemente. Diese Schaltelemente (beispielsweise Schaltgabeln, Schiebemuffen, Synchronringe) sind hier nicht gesondert dargestellt, aber aus dem eingangs genannten Stand der Technik, insbesondere aus der
DE 41 05 157 C2 an sich bekannt.
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In unmittelbarer Nähe zur Spindelmutter 6 ist ein mehrere längliche Nuten 8 enthaltendes Bauteil 9 am Getriebegehäuse befestigt, welches als Nutenblech ausgebildet ist. Die mehreren Nuten 8 sind vorzugsweise gleichmäßig parallel beabstandet angeordnet. Deren Anzahl entspricht der Gassenanzahl einer fahrerseitigen konventionellen und hier jedoch nicht benötigten Getriebeschalt- und Wählvorrichtung. Dabei sind die Schaltgassen bzw. die länglichen Nuten 8 jeweils einem oder mehreren Gängen des Schaltgetriebes zugeordnet. Die Breite jeder der länglichen Nuten 8 entspricht etwa der Dicke des Stiftes 7 der Spindelmutter 6, so dass der Stift 7 in diesen Nuten 8 weitgehend umfangsspielfrei aufgenommen ist.
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Gegenüber dem die länglichen Nuten 8 enthaltenden Teil 9 ist ein sogenannter ein- oder ausschaltbarer Aktuator 10 angeordnet, der vorzugsweise elektromagnetisch betätigbar ausgebildet und im Vergleich zu weggesteuerten Aktuatoren vergleichsweise kostengünstig ist.
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Wie dieser Darstellung des Weiteren entnehmbar ist, weist der Aktuator 10 einen länglichen Stempel 11 auf, dessen einzelnen radial zur Spindelwelle 1 weisenden Stempelbleche hinsichtlich ihrer Abmessungen so gewählt sind, dass diese in die länglichen Nuten 8 eintauchen und so den Stift 7 axial verschieben können. Von Vorteil ist dabei, dass dieser Stempel 11 beziehungsweise dessen Stempelbleche den gesamten möglichen axialen Verschiebeweg des Stiftes 7 in den länglichen Nuten 8 abdecken. In Abhängigkeit von seinem Betätigungszustand ist dieser Stempel 11 mit dem in den länglichen Nuten 8 befindlichen Stift 7 in oder außer Wirkverbindung bringbar.
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Im AUS-Schaltzustand des Aktuators 10 greift dessen Stempel 11 nicht in die länglichen Nuten 8 des Teils 9 ein. Weiterhin befindet sich in dieser Schaltstellung der axial verschiebbare Stift 7 der Spindelmutter 6 außer Eingriff mit der radial umlaufenden Nut 4 der Spindelwelle 1, jedoch in Eingriff mit einer der länglichen Nuten 8 des Teils 9.
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In dieser Position kann die Spindelmutter 6 bei einer Drehung der Spindelwelle 1 auf dieser axial verschoben werden, wobei sich der Stift 7 der Spindelmutter 6 in einer der ausgewählten länglichen Nuten 8 des Teils 9 bewegt. Diese axiale Verschiebung der Spindelmutter 6 relativ zum Teil 9 dient zum Einlegen eines zu schaltenden Ganges.
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In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass an dem Stift 7 vorzugsweise eine Rückstellfeder 12 angreift, deren Rückstellkraft in Richtung zum Aktuator 10 wirkt. Die Rückstellfeder 12 ermöglicht daher einerseits eine Rückstellung des Stiftes 7 beim radialen Zurückstellen des Stempels 11, sowie andererseits bei einem Defekt des Aktuators 10, dass der Stempel 11 bzw. seine Stempelbleche mittels des Stiftes 7 aus den länglichen Nuten 8 herausführbar sind.
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Wenn der Aktuator 10 automatisch, angesteuert durch das Getriebesteuergerät, oder manuell, beispielsweise über einen Schalthebel, eine Schaltwippe oder dergleichen, betätigt wird, so wird der in der Spindelmutter 6 axial verschiebbare Stift 7 aus einer der länglichen Nut 8 des Teils 9 herausgedrückt und dabei gleichzeitig in die radial umlaufende Nut 4 der Spindelwelle 1 hineinbewegt.
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Nach dem Abschluss dieses Betätigungsvorgangs ist die translatorische Bewegung der Spindelmutter 6 relativ zur Spindelwelle 1 gesperrt, so dass die Spindelmutter 6 bei einer Drehbewegung der Spindelwelle 1 mit dieser gedreht wird. Durch die Drehung der Spindelmutter 6 um einen definierten Winkel wird dann die entsprechende längliche Nut 8 bzw. Schaltgasse gewählt. Demgemäss wird die zum Eingriff vorgesehene längliche Nut 8 durch die Drehrichtung der Spindelwelle 1 bestimmt, während der Zugang des Stiftes 7 zur gewählten Nut 8 durch eine Betätigung des Aktuators 10 erfolgt.
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Über nicht dargestellte Schaltelemente, wie Schaltwelle, Schaltgabel, Schaltfinger usw. wird die Auswahl der Schaltgasse und des entsprechenden Getriebegangs auf die anderen Koppelmittel des Schaltgetriebes übertragen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Spindelwelle
- 2
- Motor
- 3
- Außengewinde
- 4
- Nuten
- 5
- Innengewinde
- 6
- Spindelmutter
- 7
- Stift
- 8
- Längliche Nut
- 9
- Teil
- 10
- Aktuator
- 11
- Betätigungsstempel
- 12
- Rückstellfeder
