DE102005021944A1

DE102005021944A1 - Aktuatorik für ein Mehrganggetriebe mit mehreren Übersetzungsstufen

Info

Publication number: DE102005021944A1
Application number: DE200510021944
Authority: DE
Inventors: Fred Dipl.-Ing. Mäder (FH)
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2005-05-12
Filing date: 2005-05-12
Publication date: 2006-11-16

Abstract

Eine Aktuatorik für ein Mehrganggetriebe weist mehrere Übersetzungsstufen auf, denen jeweils ein Endschaltelement (1-4) zugeordnet ist. Die Übersetzungsstufen sind durch Überführen des zugeordneten Endschaltelements (1-4) von einer Neutralstellung in eine Schaltstellung einlegbar und durch Überführen des zugeordneten Endschaltelements (1-4) von der Schaltstellung in die Neutralstellung auslegbar. Die Endschaltelemente (1-4) sind mittels Mitnehmerelementen (14-18), die mit einer Schaltwelle (9) mit einer Wellenachse (10) axial unverschieblich und bezüglich der Wellenachse (10) drehfest verbunden sind und sich bezüglich der Wellenachse (10) in Umfangsrichtung nur über einen Mitnehmerumfangswinkel (alpha) erstrecken, von der Neutralstellung in die Schaltstellung überführbar. Die Schaltwelle (9) ist in einer Wellenlagerung (11) bezüglich der Wellenachse (10) drehbar gelagert und mittels eines Aktuators (12) zwischen zwei Endlagen (E1, E2) axial verschiebbar. Auf ihr und der Wellenlagerung (11) sind zusammenwirkende Teilelemente (19-22) einer Führungskulisse angeordnet, die derart ausgestaltet sind, dass die Schaltwelle (9) durch einzügiges axiales Verschieben von jeder der Endlagen (E1, E2) in die jeweils andere Endlage (E1, E2) in und durch dreizügiges axiales Verschieben von jeder der Endlagen (E1, E2) zunächst in eine Zwischenlage (Z1, Z3), sodann von dort zurück in eine weitere Zwischenlage (Z2, Z4) und schließlich von dort in die andere der Endlagen (E1, E2) entgegen der ...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Aktuatorik für ein Mehrganggetriebe mit mehreren Übersetzungsstufen,

– wobei jeder Übersetzungsstufe ein Endschaltelement zugeordnet ist, mittels dessen die jeweilige Übersetzungsstufe ein- und auslegbar ist,
– wobei das Einlegen der jeweiligen Übersetzungsstufe durch Überführen des zugeordneten Endschaltelements von einer Neutralstellung in eine Schaltstellung und das Auslegen der jeweiligen Übersetzungsstufe durch Überführen des zugeordneten Endschaltelements von der Schaltstellung in die Neutralstellung erfolgt,
– wobei die Endschaltelemente mittels Mitnehmerelementen von der Neutralstellung in die Schaltstellung überführbar sind.

Ein derartige Aktuatorik ist z. B. aus der DE 197 35 759 A1 bekannt. Bei dieser Aktuatorik ist jedes Endschaltelement zwei Übersetzungsstufen zugeordnet. Jedem Endschaltelement ist ein eigener Aktuator zugeordnet, mittels dessen das zugeordnete Endschaltelement bewegbar ist. Bei dieser Aktuatorik steigt die Anzahl der erforderlichen Aktuatoren somit proportional zur Anzahl der Übersetzungsstufen an.

Auch aus der DE 102 06 561 A1 ist eine Aktuatorik der eingangs genannten Art bekannt. Bei dieser Aktuatorik ist auf einer Schaltwelle ein Mitnehmerelement angeord net, mittels dessen die Endschaltelemente von der Neutralstellung in die Schaltstellung überführbar sind. Das Mitnehmerelement ist mit der Schaltwelle axial unverschieblich und bezüglich der Wellenachse drehfest verbunden. Es erstreckt sich bezüglich der Wellenachse in Umfangsrichtung nur über einen Mitnehmerumfangswinkel. Die Schaltwelle ist axial verschiebbar und um ihre Wellenachse verdrehbar. Falls das Verschieben und das Verdrehen der Schaltwelle mittels Aktuatoren erfolgen sollen, werden daher bei dieser Aktuatorik zwei Aktuatoren benötigt, um die entsprechenden Verschiebe- und Verdrehbewegungen der Schaltwelle ausführen zu können.

Der Anmelderin ist weiterhin bekannt geworden, dass eine Aktuatorik der eingangs genannten Art existieren soll, bei der

– die Mitnehmerelemente mit einer Schaltwelle mit einer Wellenachse axial unverschieblich und bezüglich der Wellenachse drehfest verbunden sind und sich bezüglich der Wellenachse in Umfangsrichtung nur über einen Mitnehmerumfangswinkel erstrecken,
– die Schaltwelle in einer Wellenlagerung bezüglich der Wellenachse axial verschiebbar und verdrehbar gelagert ist,
– die Schaltwelle mittels eines Aktuators zwischen einer ersten und einer zweiten Endlage axial verschiebbar ist und
– auf der Schaltwelle und der Wellenlagerung zusammenwirkende Teilelemente einer Führungskulisse angeordnet sind.

Bei dieser Aktuatorik soll die Schaltwelle mittels des Aktuators einzügig von der ersten in die zweite Endlage und umgekehrt verschiebbar sein. Mindestens einem der Teilelemente soll ein zweiter Aktuator zugeordnet sein, mittels dessen die Teilelemente miteinander in Eingriff bringbar sein sollen. Werden die Teilelemente in Eingriff miteinander gebracht, soll beim axialen Verschieben von der ersten in die zweite Endlage ein Verdrehen der Schaltwelle in Umfangsrichtung und beim axialen Verschieben von der zweiten in die erste Endlage ein Verdrehen der Schaltwelle entge gen der Umfangsrichtung erfolgen. Werden die Teilelemente hingegen nicht miteinander in Eingriff gebracht, soll beim axialen Verschieben der Schaltwelle kein Verdrehen der Schaltwelle erfolgen. Soweit für die Anmelderin ersichtlich, werden also auch bei dieser Aktuatorik zwingend zwei Aktuatoren benötigt, um die einzelnen Übersetzungsstufen einlegen zu können.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Aktuatorik für ein Mehrganggetriebe zu schaffen, bei der nur ein einziger Aktuator benötigt wird.

Die Aufgabe wird bei einer Aktuatorik der zuletzt genannten Art dadurch gelöst, dass die Teilelemente derart ausgestaltet sind, dass die Schaltwelle

– durch einzügiges axiales Verschieben von der ersten in die zweite Endlage in Umfangsrichtung,
– durch dreizügiges axiales Verschieben von der ersten Endlage zunächst in eine zwischen den Endlagen gelegene erste Zwischenlage, sodann von der ersten Zwischenlage in eine zwischen der ersten Endlage und der ersten Zwischenlage gelegene zweite Zwischenlage und schließlich von der zweiten Zwischenlage in die zweite Endlage entgegen der Umfangsrichtung,
– durch einzügiges axiales Verschieben von der zweiten in die erste Endlage in Umfangsrichtung und
– durch dreizügiges axiales Verschieben von der zweiten Endlage zunächst in eine zwischen den Endlagen gelegene dritte Zwischenlage, sodann von der dritten Zwischenlage in eine zwischen der zweiten Endlage und der dritten Zwischenlage gelegene vierte Zwischenlage und schließlich von der vierten Zwischenlage in die erste Endlage entgegen der Umfangsrichtung

verdrehbar ist,
so dass je nach dem, ob die Schaltwelle einzügig oder dreizügig verschoben wird und ob die Schaltwelle von der ersten in die zweite oder von der zweiten in die erste Endlage verschoben wird, voneinander verschiedene Übersetzungsstufen eingelegt werden.

Bei der vorliegenden Erfindung wird also je nach Bewegungsabfolge, aber unabhängig von anderen Parametern eine andere Übersetzungsstufe eingelegt.

Vorzugsweise wird die Schaltwelle beim einzügigen bzw. dreizügigen Verschieben von der ersten in die zweite Endlage um einen ersten bzw. einen zweiten Verdrehwinkel verdreht, beim einzügigen bzw. dreizügigen Verschieben von der zweiten in die erste Endlage um einen dritten bzw. einen vierten Verdrehwinkel.

Die Auslegung der Aktuatorik ist um so einfacher, je regelmäßiger und systematischer sie ist. Vorzugsweise sollte daher die Summe von drittem und viertem Verdrehwinkel gleich der Summe von erstem und zweitem Verdrehwinkel sein. Noch besser ist es, wenn der dritte gleich dem ersten und der vierte gleich dem zweiten Verdrehwinkel ist.

Vorzugsweise sollten die Mitnehmerelemente, soweit sie die Endschaltelemente beim Verschieben der Schaltwelle in die zweite Endlage in ihre Schaltstellung überführen, sich in Umfangsrichtung maximal um die Summe von erstem und zweitem Verdrehwinkel erstrecken und, soweit sie die Endschaltelemente beim Verschieben der Schaltwelle in die erste Endlage in ihre Schaltstellung überführen, maximal um die Summe von drittem und viertem Verdrehwinkel. Denn dann ist gewährleistet, dass in jeder der Endlagen unabhängig von der Verdrehung der Schaltwelle in oder entgegen der Umfangsrichtung maximal eines der Mitnehmerelemente eines der Endschaltelemente in seine Schaltstellung auslenkt. Vorzugsweise sollten die Mitnehmerelemente sich maximal sogar nur um einen kleineren Winkel erstrecken, insbesondere um maximal den kleinsten der vier Verdrehwinkel.

Wenn die Mitnehmerelemente bezüglich der Wellenachse axial und in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt angeordnet sind, können die Endschaltelemente in Richtung der Wellenachse gesehen hintereinander angeordnet sein. Dadurch ergibt sich ein einfacherer und kompakterer Aufbau des Mehrganggetriebes.

Wenn die dritte Zwischenlage zwischen der ersten Endlage und der zweiten Zwischenlage und die erste Zwischenlage zwischen der zweiten Endlage und der vierten Zwischenlage liegt, ergeben sich kürzere Schaltwege. Die Aktuatorik und mit ihr das gesamte Mehrganggetriebe können daher kürzer gebaut werden, was zu kürzeren Schaltzeiten und geringeren Kosten führt.

Wenn die zweite Zwischenlage zwischen der dritten und der vierten Zwischenlage die vierte Zwischenlage zwischen der ersten und der zweiten Zwischenlage liegt, ist es möglich, durch ein sechszügiges Verschieben Übersetzungsstufen zu wählen, die in der gleichen Endlage eingelegt sind, ohne von dieser Endlage aus die gegenüberliegende Endlage vollständig anfahren zu müssen.

Wenn die Mitnehmerelemente derart auf der Schaltwelle angeordnet sind, dass erst das axiale Verschieben der Schaltwelle von der ersten Zwischenlage in die zweite Endlage bzw. von der dritten Zwischenlage in die erste Endlage das Überführen eines der Endschaltelemente in seine Schaltstellung bewirkt, ist ein einfacheres Schalten, also das Wechseln der Übersetzungsstufe, möglich. Denn insbesondere muss in diesem Fall beim dreizügigen Schalten im zweiten Zug kein Auslegen von Übersetzungsstufen erfolgen. Dies gilt insbesondere dann, wenn das Einlegen einer Übersetzungsstufe erst ab einer zwischen der zweiten Endlage und der ersten Zwischenlage gelegenen ersten Vorschaltstellung bzw. ab einer zwischen der ersten Endlage und der dritten Zwischenlage gelegenen zweiten Vorschaltstellung erfolgt.

Wenn die Teilelemente der Führungskulisse derart ausgestaltet sind, dass die Schaltwelle durch zweizügiges axiales Verschieben von der ersten Endlage zunächst in die erste Vorschaltstellung und dann zurück in die erste Endlage bzw. von der zweiten Endlage zunächst in die zweite Vorschaltstellung und dann zurück in die zweite Endlage in Umfangsrichtung verdrehbar ist, ist ein schnelles Umschalten der Übersetzungsstufen möglich, obwohl beide Übersetzungsstufen durch Verschieben der Schaltwelle in dieselbe Endlage eingelegt werden.

Vorzugsweise wird mindestens eine der Übersetzungsstufen, wenn sie zuvor- durch Verschieben der Schaltwelle in die erste bzw. zweite Endlage eingelegt wurde, durch Verschieben der Schaltwelle von der ersten Zwischenlage in die erste Vorschaltstellung bzw. von der dritten Zwischenlage in die zweite Vorschaltstellung ausgelegt. Denn dann ist es möglich, den Kraftschluss zwischen Getriebeeingangswelle und Getriebeausgangswelle des Mehrganggetriebes möglichst lange aufrecht zu erhalten. Die Kupplung muss in diesem Fall nämlich erst unmittelbar vor dem axialen Verschieben der Schaltwelle über die erste bzw. dritte Zwischenlage hinaus geöffnet werden.

Wenn die Endschaltelemente zu Endschaltelementgruppen zusammengefasst sind und die zuvor eingelegte Übersetzungsstufe nur dann ausgelegt wird, wenn das der einzulegenden Übersetzungsstufe zugeordnete Endschaltelement und das der zuvor eingelegten Übersetzungsstufe zugeordnete Endschaltelement derselben Endschaltelementgruppe angehören, ist es bei sogenannten DCT-Getrieben möglich, eine zuvor eingelegte Übersetzungsstufe, die in einem anderen Getriebestrang als die einzulegende Übersetzungsstufe angeordnet ist, eingelegt zu lassen.

Wenn das Auslegen der Übersetzungsstufen mittels von den Mitnehmerelementen verschiedener Auslegeelemente erfolgt, ergibt sich ein konstruktiv einfacherer Aufbau der Aktuatorik.

Eine mögliche Realisierung einer derartigen Auslegemöglichkeit besteht darin,

– dass die Auslegeelemente mit einem Schubelement axial unverschieblich verbunden sind, das von der Schaltwelle über ein Kuppelelement axial verschiebbar ist,
– dass das Kuppelelement auf der Schaltwelle axial unverschiebbar, aber quer zur Wellenachse verschiebbar gelagert ist und
– dass das Kuppelelement beim axialen Verschieben der Schaltwelle mit einer an der Wellenlagerung angeordneten Führungskontur derart zusammen wirkt, dass das Schubelement beim axialen Verschieben der Schaltwelle von der ersten Zwischenlage in die zweite Endlage nur während des Verschiebens von der ersten Zwischenlage in die erste Vorschaltstellung bzw. beim axialen Verschieben der Schaltwelle von der dritten Zwischenlage in die erste Endlage nur während des Verschiebens von der dritten Zwischenlage in die zweite Vorschaltstellung verschoben wird.

Das Schubelement kann bezüglich der Wellenachse unverdrehbar gelagert sein. Wenn hingegen das Schubelement mit der Schaltwelle drehfest verbunden ist und die Auslegeelemente sich bezüglich der Wellenachse in Umfangsrichtung nur über einen Auslegeelementumfangswinkel erstrecken, ist insbesondere das obenstehend beschriebene selektive Auslegen zuvor eingelegter Übersetzungsstufen auf einfache Weise realisierbar.

Das Schubelement wird durch die Schaltwelle und das Kuppelelement stets in die eine oder in die andere von zwei Endstellungen verschoben. Um ein unbeabsichtigtes Auslegen einer eingelegten Übersetzungsstufe zu verhindern, ist dem Schubelement daher vorzugsweise ein Arretiermechanismus zugeordnet, auf Grund dessen das Schubelement in den Endstellungen rastiert. Der Arretiermechanismus kann z. B. aus zwei in das Schubelement eingebrachten Nuten bestehen, in die ein federbelastetes Riegelelement eingreift.

Die Teilelemente der Führungskulisse sind vorzugsweise derart ausgestaltet, dass die Schaltwelle beim einzügigen Verschieben zunächst in Umfangsrichtung, dann entgegen der Umfangsrichtung und schließlich wieder in Umfangsrichtung verdreht wird. Denn dann ergibt sich eine relativ einfache Gestaltung der Teilelemente. Vor zugsweise erfolgt dabei das Verdrehen entgegen der Umfangsrichtung ausschließlich während des Verschiebens von der zweiten zur ersten bzw. von der vierten zur dritten Zwischenlage.

Vorzugsweise sind die Teilelemente der Führungskulisse weiterhin derart ausgestaltet, dass die Schaltwelle beim dreizügigen Verschieben zunächst in Umfangsrichtung und dann entgegen der Umfangsrichtung verdreht wird. In diesem Fall erfolgt das Verdrehen entgegen der Umfangsrichtung sowohl während des Verschiebens von der ersten in die zweite Zwischenlage als auch während des Verschiebens von der zweiten Zwischenlage in die zweite Endlage bzw. sowohl während des Verschiebens von der dritten in die vierte Zwischenlage als auch während des Verschiebens von der vierten Zwischenlage in die erste Endlage.

Wenn die Teilelemente der Führungskulisse derart ausgestaltet sind, dass sie beim dreizügigen Verschieben ein Verschieben der Schaltwelle von der ersten Zwischenlage über die zweite Zwischenlage hinaus bzw. von der dritten Zwischenlage über die vierte Zwischenlage hinaus mechanisch blockieren, arbeitet die Aktuatorik noch zuverlässiger. Weiterhin ergibt sich in diesem Fall ein kompakterer Aufbau der Aktuatorik, die mit kürzeren Schaltwegen und damit auch kürzeren Schaltzeiten verbunden ist. Die Zuverlässigkeit von Schaltvorgängen kann dabei noch weiter gesteigert werden, wenn die Schaltwelle vom Aktuator kraftbegrenzt, insbesondere kraftgeregelt, von der ersten in die zweite Zwischenlage und/oder in die zweite Endlage bzw. von der dritten in die vierte Zwischenlage und/oder in die erste Endlage verschiebbar ist.

Wenn der Aktuator von einer Steuereinheit gesteuert wird, der nur die ein- bzw. auszulegende Übersetzungsstufe vorgegeben wird, und die Steuereinheit den Aktuator selbsttätig derart ansteuert, dass die vorgegebene Übersetzungsstufe ein- bzw. ausgelegt wird, ist der Aktuator besonders komfortabel betreibbar.

Wenn die Steuereinheit den Aktuator unmittelbar nach dem Verschieben der Schaltwelle in die erste bzw. zweite Endlage derart ansteuert, dass er die Schaltwelle in die erste bzw. dritte Zwischenstellung überführt, ergeben sich kürzere Schaltzeiten. Denn dann wird der nächste Ein- bzw. Auslegevorgang bereits soweit wie möglich vorweggenommen. Diese Vorgehensweise ist deshalb möglich, weil bei jedem möglichen Schaltvorgang die Schaltwelle stets zunächst von der ersten Endlage in die erste Zwischenlage bzw. von der zweiten Endlage in die dritte Endlage verschoben wird.

Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen. Dabei zeigen in Prinzipdarstellung

1 eine Aktuatorik für ein Mehrganggetriebe ohne Wellenlagerung in perspektivischer Darstellung,

2 die Schaltwelle der Aktuatorik von 1,

3 einen Längsschnitt durch einen Teil der Aktuatorik von 1,

4 ein Teilelement einer Führungskulisse in abgerollter Darstellung und ein anderes Teilelement der Führungskulisse,

5 bis 8 anhand der Kulissenführung von 4 verschiedene Schaltvorgänge,

9 das Schubelement der Aktuatorik von 1,

10 und 11 weitere Schaltvorgänge,

12 und 13 Flussdiagramme,

14 eine alternative Gangzuordnung,

15 eine weitere Aktuatorik für ein Mehrganggetriebe,

16 eine Schaltwelle für die Aktuatorik von 15,

17 eine weitere Gangzuordnung,

18 das Schubelement der Aktuatorik von 15 und

19 einen Längsschnitt durch einen Teil der Aktuatorik von 15.

Gemäß 1 weist eine Aktuatorik für ein Mehrganggetriebe mehrere Endschaltelemente 1 bis 4 auf. Die Endschaltelemente 1 bis 4 sind gemäß 1 z. B. als übliche Schaltgabeln 1 bis 4 ausgebildet, die um Schwenkachsen 5 bis 8 verschwenkbar sind.
Wird z. B. das Endschaltelement 1 aus der in 1 dargestellten Neutralstellung in Richtung des Pfeils A in eine erste Schaltstellung ausgelenkt, so wird eine erste Übersetzungsstufe eingelegt. Wird das Endschaltelement 1 wieder in seine Neutralstellung 1 zurückgeführt, so wird die erste Übersetzungsstufe ausgelegt. Wird das Endschaltelement 1 in Richtung des Pfeils B über die Neutralstellung hinaus in eine zweite Schaltstellung ausgelenkt, so wird eine zweite Übersetzungsstufe eingelegt. Wird das Endschaltelement 1 wieder in seine Neutralstellung zurück überführt, wird auch die zweite Übersetzungsstufe wieder ausgelegt.
In analoger Weise sind auch mittels der Endschaltelemente 2 bis 4 jeweils eine oder zwei Übersetzungsstufen ein- und auslegbar. Mittels der dargestellten Aktuatorik ist somit ein Mehrganggetriebe mit – bei vier Endschaltelementen 1 bis 4 – bis zu acht Übersetzungsstufen (= Gängen) betätigbar.
Gemäß 1 ist also jeder Übersetzungsstufe ein Endschaltelement 1 bis 4 zugeordnet, mittels dessen die jeweilige Übersetzungsstufe ein- und auslegbar ist. Das Einlegen der jeweiligen Übersetzungsstufe erfolgt durch Überführen des zugeordneten Endschaltelements 1 bis 4 von einer Neutralstellung in eine Schaltstellung. Das Auslegen der jeweiligen Übersetzungsstufe erfolgt durch Überführen des zugeordneten Endschaltelements 1 bis 4 von der Schaltstellung in die Neutralstellung.
Die Aktuatorik weist – siehe auch 2 – eine Schaltwelle 9 mit einer Wellenachse 10 auf. Die Schaltwelle 9 ist in einer Wellenlagerung 11 – siehe 3 – bezüglich der Wellenachse 10 drehbar gelagert. Sie ist ferner – siehe 4 – bezüglich der Wellenachse 10 zwischen einer ersten Endlage E1 und einer zweiten Endlage E2 axial verschiebbar. Das axiale Verschieben der Schaltwelle 9 erfolgt dabei – siehe wieder 3 – mittels eines Aktuators 12, der von einer Steuereinheit 13 gesteuert wird.
Wie sich insbesondere aus der Darstellung in 3 ergibt, ist der Aktuator 12 gemäß dem Ausführungsbeispiel als hydraulisch oder pneumatisch bidirektional verschiebbare Zylindereinheit 12 ausgebildet. Er könnte aber ebenso anders ausgebildet sein, z. B. als Elektro- oder Hydromotor. Auch eine Ausbildung als Druckluftmotor ist möglich. Auf die Ausgestaltung des Aktuators 12 wird daher nachfolgend nicht näher eingegangen. Von Bedeutung ist aber, dass der Aktuator 12 der einzige Aktuator der Aktuatorik ist. Weitere Aktuatoren sind nicht erforderlich.
Der Steuereinheit 13 werden sowohl eine Istposition s als auch eine Istkraft F des Aktuators 12 zugeführt. Die Steuereinheit 13 ist somit insbesondere in der Lage, den Aktuator 12 durch Vorgabe korrespondierender Sollgrößen s*, F* lage- und kraftgeregelt zu verfahren.
Auf der Schaltwelle 9 sind gemäß 2 Mitnehmerelemente 14 bis 18 angeordnet, die mit der Schaltwelle 9 axial unverschieblich und bezüglich der Wellenachse 10 drehfest verbunden sind. Sie erstrecken sich bezüglich der Wellenachse 10 in Umfangsrichtung ersichtlich nur über einen relativ kleinen Mitnehmerumfangswinkel α von z. B. 60 bis 75°. Sie sind ersichtlich bezüglich der Wellenachse 10 axial und in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt.
Mittels der Mitnehmerelemente 14 bis 18 sind die Endschaltelemente 1 bis 4 von deren Neutralstellung in ihre Schaltstellungen überführbar. Hierzu sind die Endschaltelemente 1 bis 4 derart angeordnet, dass Wirkbereiche, in denen die Mitnehmerelemente 14 bis 18 auf die Endschaltelemente 1 bis 4 einwirken können, in Richtung der Wellenachse 10 gesehen hintereinander angeordnet sind.
Um zu wählen, welche der Übersetzungsstufen jeweils mittels des korrespondierenden Mitnehmerelements 14 bis 18 eingelegt wird, muss die Schaltwelle 9 entsprechend verdreht werden. Um dies zu erreichen, sind auf der Schaltwelle 9 und der Wellenlagerung 11 zusammenwirkende Teilelemente einer Führungskulisse angeordnet. Das eine Teilelement der Führungskulisse besteht aus Schaltgassen 19, Schaltgassenvorsätzen 20 und Umlenkelementen 21. Es ist vorzugsweise – siehe insbesondere 2 – auf der Schaltwelle 9 angeordnet. Das andere Teil 22 besteht lediglich z. B. aus einem Bolzen 22, der mittels der Schaltgassenvorsätze 20 und der Umlenkelemente 21 in die Schaltgassen 19 gelenkt wird. Der Bolzen 22 ist – siehe insbesondere 3 – vorzugsweise auf der Wellenlagerung 11 angeordnet. Den Schaltgassen 19 sind gemäß 4 die einzelnen Gänge – z. B. die Gänge I bis VII und ein Rückwärtsgang R – zugeordnet. In diesem Fall ergibt sich eine vollsymmetrische Ausgestaltung der Führungskulisse.
Das Verdrehen der Schaltwelle 9 wird – siehe 4 – wie folgt erreicht:
Wenn der zuletzt eingelegte Gang durch Überführen der Schaltwelle 9 in die erste Endlage E1 eingelegt wurde und der neu einzulegende Gang durch Überführen der Schaltwelle 9 in die zweite Endlage E2 einzulegen ist, wird die Schaltwelle 9 in der Regel entweder einzügig, das heißt ohne jegliche Richtungsumkehr, oder dreizügig, das heißt mit zweimaliger Richtungsumkehr, von der ersten Endlage E1 in die zweite Endlage E2 verschoben. Diese beiden Fälle werden nachfolgend beispielhaft dargestellt, wobei angenommen wird, dass der bereits eingelegte Gang der zweite Gang II ist.
Beim dreizügigen Verschieben von der ersten Endlage E1 in die zweite Endlage E2 – siehe auch 5 – wird die Schaltwelle 9 zunächst von der ersten Endlage E1 in eine erste Zwischenlage Z1 verschoben. Dabei wird die Schaltwelle 9 zunächst durch eine abgeschrägte Kante 23 eines der Umlenkelemente 21 in Umfangsrichtung und sodann durch eine abgeschrägte Kante 24 eines anderen Umlenkelements 21 entgegen der Umfangsrichtung verdreht. Sodann wird die Schaltwelle 9 von der ersten Zwischenlage Z1 in eine zweite Zwischenlage Z2 verschoben. Dies ist selbstverständlich mit einer Umkehr der Verschieberichtung verbunden. Während des Verschiebens von der ersten Zwischenlage Z1 in die zweite Zwischenlage Z2 wird die Schaltwelle 9 ersichtlich entgegen der Umfangsrichtung verdreht.
Wie aus den 4 und 5 ersichtlich ist, weisen die Umlenkelemente 21 Kehlen 25 auf. Das Erreichen einer dieser Kehlen 25 durch den Bolzen 22 entspricht der zweiten Zwischenlage Z2. Auf Grund der Kehlen 25 blockieren die Umlenkelemente 21 beim dreizügigen Verschieben mechanisch ein Verschieben der Schaltwelle 9 von der ersten Zwischenlage Z1 über die zweite Zwischenlage Z2 hinaus.
Ausgehend von der zweiten Zwischenlage Z2 wird die Schaltwelle 9 dann in die zweite Endlage E2 verschoben. Durch einen der Schaltgassenvorsätze 20 erfolgt dabei ein weiteres Verdrehen der Schaltwelle 9 entgegen der Umfangsrichtung. Durch diese Bewegungsabfolge wird im gegebenen Beispiel der Bolzen 22 in die Schaltgasse 19 für den Rückwärtsgang R geführt.
Im Ergebnis wird somit die Schaltwelle 9 beim dreizügigen Verschieben von der ersten Endlage E1 in die zweite Endlage E2 um einen Winkel β2 – nachfolgend zweiter Verdrehwinkel β2 genannt – entgegen der Umfangsrichtung verdreht. Die Schaltwelle 9 wird dabei beim dreizügigen Verschieben zunächst in Umfangsrichtung und dann entgegen der Umfangsrichtung verdreht. Das Verdrehen entgegen der Umfangsrichtung erfolgt dabei sowohl während des Verschiebens von der ersten Zwischenlage Z1 in die zweite Zwischenlage Z2 als auch während des Verschiebens von der zweiten Zwischenlage Z2 in die zweite Endlage E2.
Wird die Schaltwelle 9 hingegen einzügig von der ersten Endlage E1 in die zweite Endlage E2 verschoben, so wird – siehe 6 – die Schaltwelle 9 zunächst durch die abgeschrägte Kante 23 in Umfangsrichtung verdreht, sodann durch die abge schrägte Kante 24 entgegen der Umfangsrichtung und schließlich durch den Schaltgassenvorsatz 20 zum Gang I hin in Umfangsrichtung verdreht. Im vorliegenden Beispiel wird also der Bolzen 22 in die Schaltgasse 19 für den ersten Gang I geführt. Im Ergebnis wird somit die Schaltwelle 9 beim einzügigen Verschieben von der ersten Endlage E1 in die zweite Endlage E2 um einen Winkel β1 – nachfolgend erster Verdrehwinkel β1 genannt – in Umfangsrichtung verdreht. Die Schaltwelle 9 wird dabei zunächst in Umfangsrichtung, dann entgegen der Umfangsrichtung und schließlich wieder in Umfangsrichtung verdreht. Das Verdrehen entgegen der Umfangsrichtung erfolgt dabei ausschließlich während des Verschiebens von der zweiten Zwischenlage Z2 zur ersten Zwischenlage Z1.
In den 7 und 8 sind die analogen Vorgänge beim ein- bzw. dreizügigen Verschieben der Schaltwelle 9 von der zweiten Endlage E2 in die erste Endlage E1 dargestellt. Diese Schaltvorgänge ergeben sich z. B. beim Schalten vom ersten Gang I in den dritten Gang III bzw. vom ersten Gang I in den zweiten Gang II. Die Lagen Z3, Z4, in denen dabei in diesem Fall beim dreizügigen Verschieben die Richtungsumkehr erfolgt (dritte Zwischenlage Z3 und vierte Zwischenlage Z4) sind selbstverständlich anders gelegen als beim dreizügigen Verschieben von der ersten Endlage E1 in die zweite Endlage E2. Auch die Verdrehwinkel β3, β4 sind anders bezeichnet, nämlich als dritte und vierte Verdrehwinkel β3, β4.
Je nach Verdrehen der Schaltwelle 9 (einzügig in Umfangsrichtung, dreizügig gegen die Umfangsrichtung) und je nachdem, ob das Verschieben der Schaltwelle 9 von der ersten Endlage E1 in die zweite Endlage E2 oder umgekehrt erfolgt, werden somit voneinander verschiedene Übersetzungsstufen eingelegt.
Wie sich aus den 4 bis 8 ergibt, sind auf Grund der konkreten Ausgestaltung gemäß Ausführungsbeispiel alle Verdrehwinkel β1 bis β4 untereinander gleich und betragen 45°. Es sind aber auch andere Verdrehwinkel β1 bis β4 möglich. In jedem Fall aber sollte die Summe von erstem und zweitem Verdrehwinkel β1, β2 – hier 90° – größer oder minimal gleich dem Mitnehmerumfangswinkel α sein. Gleiches gilt für die Summe von drittem und viertem Verdrehwinkel β3, β4.
Auch ist nicht zwingend erforderlich, dass alle Verdrehwinkel β1 bis β4 gleich sind. Vorzugsweise sollte aber zumindest die Summe von drittem und vierten Verdrehwinkel β3, β4 gleich der Summe von erstem und zweitem Verdrehwinkel β1, β2 sein. Dies ist insbesondere dann gewährleistet, wenn der dritte Verdrehwinkel β3 gleich dem ersten Verdrehwinkel β1 und der vierte Verdrehwinkel β4 gleich dem zweiten Verdrehwinkel β2 ist.
Wie weiterhin aus den 4 bis 8 ersichtlich ist, liegt die dritte Zwischenlage Z3 zwischen der ersten Endlage E1 und der zweiten Zwischenlage Z2. Die erste Zwischenlage Z1 liegt zwischen der zweiten Endlage E2 und der vierten Zwischenlage Z4. Insbesondere liegt die zweite Zwischenlage Z2 zwischen der dritten Zwischenlage Z3 und der vierten Zwischenlage Z4. Die vierte Zwischenlage Z4 liegt zwischen der ersten Zwischenlage Z1 und der zweiten Zwischenlage Z2.
3 zeigt, wie bereits erwähnt, einen Teil eines Längsschnitts durch die erfindungsgemäße Aktuatorik, und zwar einen Zustand, wie er sich ergibt, wenn die Schaltwelle 9 sich kurz vor der ersten Zwischenlage Z1 befindet und in die zweite Endlage E2 verschoben werden soll. Die momentane Verschieberichtung (auf die Endlage E2 zu) ist in 3 mit einem Pfeil C gekennzeichnet.
In dem in 3 dargestellten Zustand ist das wirksame Mitnehmerelement 14 bis 18 axial noch von dem zu betätigenden Endschaltelement 1 bis 4 entfernt. Eines der Endschaltelemente 1 bis 4 befindet sich noch in der Schaltstellung, in die es beim vorherigen Verschieben der Schaltwelle 9 in die erste Endlage E1 ausgelenkt wurde. Während des einzügigen Verschiebens von der ersten Endlage E1 bis zur ersten Zwischenlage Z1 bzw. während des dreizügigen Verschiebens von der ersten Endlage E1 in die erste Zwischenlage Z1, von dort in die zweite Zwischenlage Z2 und von dort wieder in die erste Zwischenlage Z1 hat sich also keine Veränderung des Schaltzustands des Mehrganggetriebes ergeben. Lediglich die Schaltwelle 9 wurde verdreht. Die Mitnehmerelemente 14 bis 18 sind somit derart auf der Schaltwelle 9 angeordnet, dass erst das axiale Verschieben der Schaltwelle 9 von der ersten Zwischenlage Z1 in die zweite Endlage E2 das Überführen eines der Endschaltelemente 1 bis 4 in seine Schaltstellung bewirkt. Genauer gesagt erfolgt das Einlegen einer Übersetzungsstufe (entspricht dem Überführen eines der Endschaltelemente 1 bis 4 in seine Schaltstellung) erst ab einer ersten Vorschaltstellung V1, die – siehe 4 – zwischen der ersten Zwischenlage Z1 und der zweiten Endlage E2 gelegen ist.
In dieser ersten Vorschaltstellung V1 ist die zuvor eingelegte Übersetzungsstufe bereits ausgelegt worden, die neu einzulegende Übersetzungsstufe aber noch nicht eingelegt. Auf das Auslegen der zuvor eingelegten Übersetzungsstufe wird dabei nachstehend noch eingegangen werden. Zunächst wird aber nur auf das Einlegen der neu einzulegenden Übersetzungsstufe eingegangen. Denn wird nun – ausgehend von der ersten Vorschaltstellung V1 – die Schaltwelle 9 weiter in die zweite Endlage E2 überführt, wird eines der Endschaltelemente 1 bis 4 durch das zugeordnete Mitnehmerelement 14 bis 18 aus seiner Neutralstellung in eine seiner Schaltstellungen überführt und so die korrespondierende Übersetzungsstufe eingelegt.
Wie aus den 1 und 9 ersichtlich ist, erfolgt das Auslegen der zuvor eingelegten anderen Übersetzungsstufe jeweils mittels eines Auslegeelements 26, das von den Mitnehmerelementen 14 bis 18 verschieden ist. Die Auslegeelemente 26 sind dabei mit einem Schubelement 27 axial unverschieblich verbunden. Die Auslegeelemente 26 können z. B. als Vorsprünge des Schubelements 27 ausgebildet sein. Das Schubelement 27 umgibt die Schaltwelle 9. Für den Durchtritt der Mitnehmerelemente 14 bis 18 weist das Schubelement 27 daher entsprechende Ausnehmungen 27'' auf.
Das Schubelement 27 ist von der Schaltwelle 9 über ein Kuppelelement 28 axial verschiebbar, das auf der Schaltwelle 9 axial unverschiebbar, aber quer zur Wellenachse 10 verschiebbar gelagert ist. Das Kuppelelement 28 kann z. B. als Kuppelscheibe 28 ausgebildet sein, die an ihrem Außenumfang abgeschrägt ist und in einer Lagernut 29 der Schaltwelle 9 gehalten ist. Die Kuppelscheibe 28 kann kreisförmig ausgebildet sein. Vorzugsweise aber ist sie als längliche Kuppelscheibe 28 ausgebildet, deren kurze Enden halbkreisförmig abgeschlossen sind. Das Schubelement 27 ist mit der Schaltwelle 9 drehfest verbunden. Gemäß 2 kann hierfür z. B. die Schaltwelle 9 Zapfen 30 aufweisen, die in korrespondierende Langlöcher 27' des Schubelements 27 eingreifen.
Um das Auslegen der Übersetzungsstufen bewirken zu können, wirkt das Kuppelelement 28 beim axialen Verschieben der Schaltwelle 9 mit einer in 3 dargestellten Führungskontur 31 zusammen, die an der Wellenlagerung 11 angeordnet ist. Während des Verschiebens der Schaltwelle 9 von der ersten Endlage E1 bis zur ersten Zwischenlage Z1 gleitet das Kuppelelement 28 an der Führungskontur 31 entlang und wird dabei durch eine Führungsschräge 32 der Führungskontur 31 auf das Schubelement 27 zu ausgelenkt. Mit Erreichen der ersten Zwischenlage Z1 stößt das Kuppelelement 28 an eine – vorzugsweise abgeschrägte – Stufe 34 des Schubelements 27 an. Das Kuppelelement 28 wirkt daher ab der ersten Zwischenlage Z1 auf das Schubelement 27, das nunmehr zusammen mit der Schaltwelle 9 axial verschoben wird. Dadurch wird eine zuvor eingelegte Übersetzungsstufe ausgelegt, wenn sie zuvor durch Verschieben der Schaltwelle 9 in die erste Endlage E1 eingelegt wurde.
Mit Erreichen der ersten Vorschaltstellung V1 ist der Auslegevorgang beendet. Das Kuppelelement 28 gleitet dann entlang einer Führungsschräge 33 der Führungskontur 31 von dem Schubelement 27 weg, so dass dieses nicht mehr weiter verschoben wird. Im Ergebnis wird daher das Schubelement 27 nur während des Verschiebens der Schaltwelle 9 von der ersten Zwischenlage Z1 in die erste Vorschaltstellung V1 verschoben.
Beim Verschieben der Schaltwelle 9 von der zweiten Endlage E2 in die erste Endlage E1 erfolgt der Vorgang umgekehrt. In diesem Fall wird das Schubelement 27 von dem Kuppelelement 28 erst ab Erreichen der dritten Zwischenlage Z3 ausgelenkt, so dass eine zuvor eingelegte Übersetzungsstufe ab dieser Lage ausgelegt wird, wenn sie zuvor durch Verschieben der Schaltwelle 9 in die zweite Endlage E2 eingelegt wurde. Das Auslegen ist mit Erreichen einer zweiten Vorschaltstellung V2 beendet, siehe 4. Erst durch Verschieben der Schaltwelle 9 von der zweiten Vorschaltstellung V2 in die erste Endlage E1 wird dann eines der Endschaltelemente 1 bis 4 von einem der Mitnehmerelemente 14 bis 18 in eine seiner Schaltstellungen überführt. Das Verschieben des Schubelements 27 erfolgt dabei ab dem Zeitpunkt, zu dem das Kuppelelement 28 an eine weitere, vorzugsweise abgeschrägte Stufe 35 des Schubelements 27 anstößt (entspricht der dritten Zwischenlage Z3), bis zu dem Zeitpunkt, an dem das Kuppelelement 28 die Führungsschräge 32 erreicht (entspricht der zweiten Vorschaltstellung V2).
Auf Grund dieser Ausgestaltung, nämlich dem Auslegen einer zuvor eingelegten Übersetzungsstufe zwischen der ersten bzw. dritten Zwischenlage Z1, Z3 und der ersten bzw. zweiten Vorschaltstellung V1, V2, ist es insbesondere möglich, die Schaltwelle 9 durch zweizügiges axiales Verschieben von der ersten Endlage E1 zunächst in die erste Vorschaltstellung V1 und dann zurück in die erste Endlage E1 – siehe 10 – um die Summe von erstem und drittem Verdrehwinkel β1, β3 in Umfangsrichtung zu verdrehen. Ebenso kann die Schaltwelle 9 – siehe 11 – auch durch zweizügiges axiales Verschieben von der zweiten Endlage E2 in die zweite Vorschaltstellung V2 und dann wieder zurück in die zweite Endlage E2 um die Summe von erstem und drittem Verdrehwinkel β1, β3 in der Umfangsrichtung verdreht werden. Somit kann z. B. vom zweiten in den dritten bzw. vom Rückwärts- in den ersten Gang II, III, R, I geschaltet werden, ohne zwischenzeitlich den ersten bzw. zweiten Gang I, II einzulegen.
Das Schubelement 27 wird durch die Schaltwelle 9 und das Kuppelelement 28 stets in die eine oder in die andere von zwei Endstellungen verschoben. Um das Schubelement 27 in diesen Endstellungen zu rastieren, ist ein Arretiermechanismus 37 vorhanden. Der Arretiermechanismus 37 besteht z. B. aus zwei in das Schubelement 27 eingebrachten umlaufenden Nuten 38, 39, in die – siehe 1 und 9 – ein federbelastetes Riegelelement 40 eingreift, das sich an der Wellenlagerung 11 abstützt.
Bei sogenannten DCT-Getrieben, bei denen zwei Getriebestränge vorhanden sind, denen jeweils eine eigene Kupplung zugeordnet ist, ist es möglich, eine Übersetzungsstufe einzulegen, die in einem der Getriebestränge angeordnet ist, obwohl eine andere, zuvor eingelegte Übersetzungsstufe eingelegt bleibt. Hierfür muss die andere Übersetzungsstufe aber in einem anderen Getriebestrang angeordnet sein als die einzulegende Übersetzungsstufe. In diesem Fall sind also die Endschaltelemente 1 bis 4 zu zwei Gruppen zusammen gefasst. Diejenigen der Entschaltelemente 1 bis 4, mittels derer Übersetzungsstufen ein- und auslegbar sind, die in dem einen Getriebestrang angeordnet sind, bilden die eine Endschaltelementgruppe. Diejenigen der Endschaltelemente 1 bis 4, mittels derer Übersetzungsstufen ein- und auslegbar sind, die in dem anderen Getriebestrang angeordnet sind, bilden die andere Endschaltelementgruppe.
Die erfindungsgemäße Aktuatorik ist insbesondere bei einem solchen DCT-Getriebe einsetzbar. Denn auch sie kann derart ausgestaltet werden, dass eine zuvor eingelegte andere Übersetzungsstufe nur dann ausgelegt wird, wenn das der einzulegenden Übersetzungsstufe zugeordnete Endschaltelement 1 bis 4 derselben Endschaltelementgruppe angehört wie das der zuvor eingelegten Übersetzungsstufe zugeordnete Endschaltelement 1 bis 4.
Dies kann z. B. dadurch erreicht werden, dass die Auslegeelemente 27, mittels derer die zugeordneten Endschaltelemente 1 bis 4 in ihre Neutralstellungen überführt werden, sich bezüglich der Wellenachse 10 in Umfangsrichtung nur über einen Auslegeelementumfangswinkel γ erstrecken. Dieser Winkel γ sollte – siehe 4 – z. B. bei etwa 90° liegen. Insbesondere bei einem DCT-Getriebe ist die Zuordnung der Gänge I bis VII, R zu den einzelnen Schaltgassen 19 daher so, wie sie in 4 dargestellt ist.
Um trotz der drehfesten Verbindung von Schaltwelle 9 und Schubelement 27 das korrekte Verschieben des Schubelements 27 zu gewährleisten, umgibt – siehe insbesondere 3 – die Führungskontur 31 mit ihren Führungsschrägen 32, 33 die Schaltwelle 9 ringförmig. Das Schubelement 27 weist – siehe 3 und 9 – einen Ausleger 36 auf, der sich axial bis in den Bereich der Führungskontur 31 erstreckt. Im Ausleger 36 sind die Stufen 34, 35 angeordnet.
Der Ausleger 36 ist in etwa halbkreisförmig ausgebildet. Die Stufen 34, 35 erstrecken sich vorzugsweise aber nur über den Mittelbereich des Auslegers 36, z. B. über einen Umfangswinkel von 60 bis 120°.
Wie insbesondere aus 3 ersichtlich ist, ist die Steuereinheit 13 für den Aktuator 12 der erfindungsgemäßen Aktuatorik eine mikroprozessorgesteuerte Steuereinheit 13. Es ist daher möglich, die Steuereinheit 13, wie in 3 dargestellt, derart auszugestalten, dass ihr lediglich vorgegeben wird, welche Übersetzungsstufe eingelegt (EIN) bzw. ausgelegt (AUS) werden soll. Die Steuereinheit 13 ermittelt dann selbsttätig, welche Verschiebebewegungen der Schaltwelle 9 ausgeführt werden müssen, um den vorgegebenen Schaltvorgang zu bewirken, und steuert den Aktuator 12 entsprechend an, so dass der vorgegebene Schaltvorgang auch ausgeführt wird.
Aus den obenstehenden Ausführungen ist weiterhin ersichtlich, dass für jeden beliebigen Schaltvorgang nach dem Erreichen der ersten Endlage E1 stets zunächst die erste Zwischenlage Z1 bzw. nach Erreichen der zweiten Endlage E2 stets zunächst die dritte Zwischenlage Z3 angefahren wird. Es ist daher zur Beschleunigung von neu vorgegebenen Schaltvorgängen möglich, die Aktuatorik gemäß 12 zu betreiben.
Gemäß 12 wird zunächst in einem Schritt S1 die Vorgabe eines Schaltbefehls abgewartet. Wird ein Schaltbefehl vorgegeben, wird dieser in einem Schritt S2 ausgeführt. Sodann wird in einem Schritt S3 überprüft, ob die Schaltwelle 9 zur Ausführung des Schaltbefehls in die erste oder in die zweite Endlage E1, E2 verschoben wurde. Je nach Ergebnis dieser Überprüfung wird in einem Schritt S4 die Schaltwelle 9 in die erste Zwischenlage Z1 verschoben oder in einem Schritt S5 in die dritte Zwischenlage Z3 verschoben. Dadurch kann bei Vorgabe des nächsten Schaltbefehls bereits in dieser Zwischenlage Z1, Z3 gestartet werden und so der Schaltbefehl schneller ausgeführt werden.
13 zeigt nun beispielhaft einige der möglichen Verschiebebewegungen der Schaltwelle 9, also eine Implementierung des Schrittes S2 von 12. Dabei ist bei der Darstellung gemäß 13 angenommen, dass die Schaltwelle 9 sich bei Vorgabe des Schaltbefehls in der ersten Zwischenlage Z1 befindet. Die nachfolgend in Verbindung mit 13 beschriebene Vorgehensweise ist aber ohne weiteres auf ein Ausgehen von der dritten Zwischenlage Z3 transponierbar.
Gemäß 13 wird zunächst in einem Schritt S6 geprüft, ob der nächsthöhere Gang eingelegt werden soll. Wenn dies der Fall ist, wird in einem Schritt S7 die Schaltwelle 9 in die zweite Endlage E2 verschoben. Das Verschieben erfolgt vorzugsweise kraftbegrenzt, insbesondere kraftgeregelt. Der Begriff „nächsthöherer Gang" ist dabei im Rahmen von 13 nicht auf die Abstufung der Übersetzungsstufen untereinander bezogen, sondern auf ihre Abfolge beim jeweils einzügigen Verschieben der Schaltwelle 9 von Endlage E1, E2 zu Endlage E2, E1.
Anderenfalls wird in einem Schritt S8 geprüft, ob der nächstniedrigere Gang eingelegt werden soll. Wenn dies der Fall ist, wird die Schaltwelle 9 zunächst in einem Schritt S9 zunächst in die zweite Zwischenlage Z2 verschoben. Diese Verschiebung erfolgt dabei vorzugsweise kraftbegrenzt, insbesondere kraftgeregelt. Dies ist möglich und sinnvoll, da die Teilelemente 19 bis 22 der Kulissenführung derart ausgebildet sind, dass sie beim Verschieben der Schaltwelle 9 von der ersten Zwischenlage Z1 in die zweite Zwischenlage Z2 ein Verschieben der Schaltwelle 9 über die zweite Zwischenlage Z2 hinaus mechanisch blockieren. Prinzipiell wäre aber auch eine lagegeregelte Verschiebung der Schaltwelle 9 in die zweite Zwischenlage Z2 möglich. Sodann wird – ebenfalls noch im Schritt S9 – die Schaltwelle 9 lage- bzw. vorzugsweise kraftgeregelt in die zweite Endlage E2 verschoben. Der Begriff „nächstniedriger Gang" ergibt sich im Rahmen von 13 indirekt durch die bereits erfolgte Definition des Begriffs „nächsthöherer Gang".
Wenn weder der nächsthöhere noch der nächstniedrigere Gang eingelegt werden sollte, wird als nächstes in einem Schritt S10 geprüft, ob – bezogen auf die Abfolge der Gänge – ein Hochschalten um zwei Gänge ausgeführt werden soll. Wenn dies der Fall ist, wird in einem Schritt S11 die Schaltwelle 9 lagegeregelt in die erste Vorschaltstellung V1 verschoben. Sodann wird die Schaltwelle 9 – vorzugsweise wieder kraftgeregelt – in die erste Endlage E1 zurück verschoben.
Wenn auch ein Hochschalten um zwei Gänge nicht gefordert war, wird in einem Schritt S12 geprüft, ob – bezogen auf die Abfolge der Gänge – um zwei Gänge heruntergeschaltet werden soll. Wenn dies der Fall ist, wird die Schaltwelle 9 in einem Schritt S13 zunächst (vorzugsweise kraftgeregelt) in die zweite Zwischenlage Z2 verschoben. Als nächstes wird die Schaltwelle 9 lagegeregelt wieder in die erste Vorschaltstellung V1 verschoben. Sodann wird die Schaltwelle 9 lagegeregelt in die dritte Zwischenlage Z3 verschoben. Ausgehend von der dritten Zwischenlage Z3 wird die Schaltwelle 9 in die vierte Zwischenlage Z4 und schließlich in die erste Endlage E1 verschoben, wobei auch diese Verschiebungen wieder vorzugsweise kraftgeregelt erfolgen.
Für den Fall, dass ein anderer Schaltvorgang vorgegeben wurde, wird dieser in einem Schritt S14 ausgeführt. Jeder dieser potentiellen weiteren Schaltvorgänge lässt sich ohne Weiteres aus den obenstehend beschriebenen Schaltvorgängen ableiten. Dabei sollte beachtet werden, dass – bezogen auf die Abfolge der Gänge – ein Hochschalten um 5 Gänge und ein Herunterschalten um 3 Gänge bezüglich des Endzustands äquivalent sind, ein Hochschalten um 5 Gänge aber fünfzügig erreicht wird, während zum Herunterschalten um 3 Gänge ein neunzügiges Verschieben der Schaltwelle 9 erforderlich ist. Ein Hochschalten um 5 Gänge, z. B. von Gang V in den Gang III über die Gänge VII, R, II und I ist daher unter Umständen schneller möglich als ein Herunterschalten über die Gänge VI und IV. Dies kann insbesondere dann gelten, wenn das Auslegen der Übersetzungsstufen erst ab Auslegestellungen A1, A2 erfolgt, die – siehe 10 und 11 – zwischen der ersten Zwischenlage Z1 und der ersten Vorschaltstellung V1 bzw. der dritten Zwischenlage Z3 und der zweiten Vorschaltstellung V2 liegen. Die Auslegestellungen A1, A2 müssen dabei derart gewählt sein, dass der Bolzen 22 in diesen Stellungen A1, A2 bereits in einer der Schaltgassen 19 geführt wird. Denn dann ist z. B. ein dreizügiges Verschieben der Schaltwelle 9 von der ersten Endlage E1 zur Auslegestellung A1, von dort zur Auslegestellung A2 und von dort zur zweiten Endlage E2 möglich. Auch ist ein fünfzügiges Verschieben der Schaltwelle 9 von der ersten Endlage E1 zur Auslegestellung A1, von dort zur Auslegestellung A2, von dort zur Auslegestellung A1, von dort zur Auslegestellung A2 und schließlich in die zweite Endlage E2 möglich. Analoge Verschiebebewegungen der Schaltwelle 9 ergeben sich, wenn von der zweiten Endlage E2 ausgegangen wird.
In Verbindung mit 14 wird nachfolgend nunmehr ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Dieses zweite Ausführungsbeispiel entspricht – mit einem einzigen Unterschied – voll und ganz dem ersten Ausfüh rungsbeispiel, das obenstehend in Verbindung mit den 1 bis 13 erläutert wurde. Der Unterschied besteht in der Zuordnung der einzelnen Gänge I bis VII, R zu den Schaltgassen 19. Die Darstellung gemäß 14 ist dabei selbsterklärend, so dass von Detailerläuterungen hierzu abgesehen wird. Es sei aber erwähnt, dass diese Zuordnung insbesondere bei einem ASG-Getriebe, also einem Getriebe mit einer einzigen Kupplung, von Vorteil ist.
Bei den Ausführungsbeispielen gemäß den 1 bis 14 sind die Mitnehmerelemente 14 bis 18 derart ausgebildet, dass von ihnen beide axial unmittelbar benachbarte Endschaltelemente 1 bis 4 in ihre Schaltstellungen überführt werden können. In einer weiteren Modifikation der Ausführungsbeispiele der 1 bis 14 können die Mitnehmerelemente 15 bis 17 gemäß den 15 und 16 aber auch als geteilte Mitnehmerelemente 15 bis 17 ausgebildet sein. Gemäß den 15 und 16 weisen die Mitnehmerelemente 15 bis 17 also je zwei Mitnehmerteilelemente 15', 15'', 16', 16'', 17', 17'' auf. Diese Vorgehensweise bietet eine größere Flexibilität bei der Zuordnung der einzelnen Gänge I bis VI, R zu den einzelnen Schaltgassen 19. Die Winkel, um die sich die Mitnehmerteilelemente 15', 15'', 16', 16'', 17', 17'' bezüglich der Wellenachse 10 erstrecken, sind dabei erheblich kleiner als der gesamte Mitnehmerumfangswinkel α. Er beträgt z. B. nur 10 bis 15°. Die übrigen Ausführungen, die obenstehend zu den 1 bis 14 getroffen wurden, gelten weiterhin.
Gemäß den 15 und 16 ist weiterhin das Mitnehmerelement 18 nicht vorhanden. Dies kann beispielsweise dadurch begründet sein, dass das Mehrganggetriebe nur sechs Vorwärtsgänge I bis VI und einen Rückwärtsgang R aufweist.
Wenn das Mehrganggetriebe nur eine einzige Kupplung aufweist, ist die Gangabfolge vorzugsweise streng aufsteigend, wie es beispielsweise in 14 für ein Mehrganggetriebe mit sieben Vorwärtsgängen I bis VII und einem Rückwärtsgang R dargestellt ist. Dies gilt auch, wenn – siehe 17 – das Mehrganggetriebe nur sechs Vorwärtsgänge I bis VI und einen Rückwärtsgang R aufweist.
Bei einem Mehrganggetriebe mit einer einzigen Kupplung müssen bei einem Gangwechsel stets alle anderen Übersetzungsstufen ausgelegt werden, bevor eine neue Übersetzungsstufe eingelegt wird. Dies kann z. B. dadurch erreicht werden, dass die Auslegeelemente 26 bei der Ausführungsform gemäß den 1 bis 14 sich über einen hinreichend großen Auslegeelementumfangswinkel γ erstrecken. Vorzuziehen ist es in diesem Fall aber – siehe 18 und 19 -, das Schubelement 27 bezüglich der Wellenachse 10 unverdrehbar zu lagern. Die Auslegeelemente 26 können in diesem Fall beispielsweise als Ausnehmungen des Schubelements 27 ausgebildet sein, die derart dimensioniert sind, dass ihre Erstreckung in Richtung der Wellenachse 10 so groß ist, dass die Endschaltelemente 1 bis 4 innerhalb dieser Ausnehmungen 26 um die Distanz von ihren Neutralstellungen zu einer ihrer Schaltstellungen auslenkbar sind.
Diese zuletzt beschriebene Ausgestaltung des Schubelements 27 ist prinzipiell natürlich auch bei einem DCT-Getriebe möglich. Dann wird aber, wenn das selektive Auslegen von Gängen nicht anderweitig gewährleistet ist, der entscheidende Vorteil von DCT-Getrieben aufgegeben, nämlich einen zweiten Gang einlegen zu können, ohne den zuvor eingelegten Gang stets auslegen zu müssen.
Die erfindungsgemäße Aktuatorik und das mit einer derartigen Aktuatorik versehene Mehrganggetriebe sind prinzipiell universell einsetzbar. Vorzugsweise aber erfolgt eine Nutzung in einem Kraftfahrzeug, also einem PKW, einem LKW, einem Omnibus oder dergleichen.

1 bis 4: Endschaltelemente
5 bis 8: Schwenkachsen
9: Schaltwelle
10: Wellenachse
11: Wellenlagerung
12: Aktuator
13: Steuereinheit
14 bis 18: Mitnehmerelemente
15', 15'', 16', 16'', 17', 17'': Mitnehmerelemente
19: Schaltgassen
20: Schaltgassenvorsätze
21: Umlenkelemente
22: Bolzen
23, 24: abgeschrägte Kanten
25: Kehlen
26: Auslegeelemente
27: Schubelement
27': Langlöcher
27'': Ausnehmungen
28: Kuppelelement
29: Lagernut
30: Zapfen
31: Führungskontur
32, 33: Führungsschrägen
34, 35: Stufen
36: Ausleger
37: Arretiermechanismus
38, 39: Nuten
40: Riegel
A, B, C: Pfeile
A1, A2: Auslegestellungen
E1, E2: Endlagen
F, F*: Kräfte
s, s*: Positionen
S1 bis S14: Schritte
V1, V2: Vorschaltstellungen
Z1 bis Z4: Zwischenlagen
α, γ: Umfangswinkel
β1 bis β4: Verdrehwinkel
I bis VII, R: Übersetzungsstufen (Gänge)

Claims

Aktuatorik für ein Mehrganggetriebe mit mehreren Übersetzungsstufen, – wobei jeder Übersetzungsstufe ein Endschaltelement (1-4) zugeordnet ist, mittels dessen die jeweilige Übersetzungsstufe ein- und auslegbar ist, – wobei das Einlegen der jeweiligen Übersetzungsstufe durch Überführen des zugeordneten Endschaltelements (1-4) von einer Neutralstellung in eine Schaltstellung und das Auslegen der jeweiligen Übersetzungsstufe durch Überführen des zugeordneten Endschaltelements (1-4) von der Schaltstellung in die Neutralstellung erfolgt, – wobei die Endschaltelemente (1-4) mittels Mitnehmerelementen (14-18) von der Neutralstellung in die Schaltstellung überführbar sind, – wobei die Mitnehmerelemente (14-18) mit einer Schaltwelle (9) mit einer Wellenachse (10) axial unverschieblich und bezüglich der Wellenachse (10) drehfest verbunden sind und sich bezüglich der Wellenachse (10) in Umfangsrichtung nur über einen Mitnehmerumfangswinkel (α) erstrecken, – wobei die Schaltwelle (9) in einer Wellenlagerung (11) bezüglich der Wellenachse (10) drehbar gelagert ist und mittels eines Aktuators (12) zwischen einer ersten und einer zweiten Endlage (E1, E2) axial verschiebbar ist, – wobei auf der Schaltwelle (9) und der Wellenlagerung (11) zusammenwirkende Teilelemente (19-22) einer Führungskulisse angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilelemente (19-22) derart ausgestaltet sind, dass die Schaltwelle (9) – durch einzügiges axiales Verschieben von der ersten in die zweite Endlage (E1, E2) in Umfangsrichtung verdrehbar ist, – durch dreizügiges axiales Verschieben von der ersten Endlage (E1) zunächst in eine zwischen den Endlagen (E1, E2) gelegene erste Zwischenlage (Z1), sodann von der ersten Zwischenlage (Z1) in eine zwischen der ersten Endlage (E1) und der ersten Zwischenlage (Z1) gelegene zweite Zwischenlage (Z2) und schließlich von der zweiten Zwischenlage (Z2) in die zweite Endlage (E2) entgegen der Umfangsrichtung verdrehbar ist, – durch einzügiges axiales Verschieben von der zweiten in die erste Endlage (E2, E1) in Umfangsrichtung verdrehbar ist und – durch dreizügiges axiales Verschieben von der zweiten Endlage (E2) zunächst in eine zwischen den Endlagen (E1, E2) gelegene dritte Zwischenlage (Z3), sodann von der dritten Zwischenlage (Z3) in eine zwischen der zweiten Endlage (E2) und der dritten Zwischenlage (Z3) gelegene vierte Zwischenlage (Z4) und schließlich von der vierten Zwischenlage (Z4) in die erste Endlage (E1) entgegen der Umfangsrichtung verdrehbar ist, so dass je nachdem, ob die Schaltwelle (9) ein- oder dreizügig verschoben wird und ob die Schaltwelle (9) von der ersten in die zweite Endlage (E1, E2) oder von der zweiten in die erste Endlage (E2, E1) verschoben wird, voneinander verschiedene Übersetzungsstufen eingelegt werden.
Aktuatorik nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, – dass die Schaltwelle (9) beim einzügigen bzw. dreizügigen Verschieben von der ersten in die zweite Endlage (E1, E2) um einen ersten bzw. einen zweiten Verdrehwinkel (β1, β2) verdreht wird und – dass die Schaltwelle (9) beim einzügigen bzw. dreizügigen Verschieben von der zweiten in die erste Endlage (E2, E1) um einen dritten bzw. einen vierten Verdrehwinkel (β3, β4) verdreht wird.
Aktuatorik nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe von drittem und viertem Verdrehwinkel (β3, β4) gleich der Summe von erstem und zweitem Verdrehwinkel (β1, β2) ist.
Aktuatorik nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte gleich dem ersten und der vierte gleich dem zweiten Verdrehwinkel (β1-β4) ist.
Aktuatorik nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, – dass die Mitnehmerelemente (14-18), soweit sie die Endschaltelemente (1-4) beim Verschieben der Schaltwelle (9) in die zweite Endlage (E2) in ihre Schaltstellung überführen, sich in Umfangsrichtung maximal um die Summe von erstem und zweitem Verdrehwinkel (β1, β2) erstrecken und – dass die Mitnehmerelemente (14-18), soweit sie die Endschaltelemente (1-4) beim Verschieben der Schaltwelle (9) in die erste Endlage (E1) in ihre Schaltstellung überführen, sich in Umfangsrichtung maximal um die Summe von drittem und viertem Verdrehwinkel (β3, β4) erstrecken.
Aktuatorik nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mitnehmerelemente (14-18) bezüglich der Wellenachse (10) axial und in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt sind.
Aktuatorik nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Zwischenlage (Z3) zwischen der ersten Endlage (E1) und der zweiten Zwischenlage (Z2) und die erste Zwischenlage (Z1) zwischen der zweiten Endlage (E2) und der vierten Zwischenlage (Z4) liegt.
Aktuatorik nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Zwischenlage (Z2) zwischen der dritten und der vierten Zwischenlage (Z3, Z4) und die vierte Zwischenlage (Z4) zwischen der ersten und der zweiten Zwischenlage (Z1, Z2) liegt.
Aktuatorik nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mitnehmerelemente (14-18) derart auf der Schaltwelle (9) angeordnet sind, dass erst das axiale Verschieben der Schaltwelle (9) von der ersten Zwischenlage (Z1) in die zweite Endlage (E2) bzw. von der dritten Zwischenlage (Z3) in die erste Endlage (E1) das Überführen eines der Endschaltelemente (1-4) in seine Schaltstellung bewirkt.
Aktuatorik nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlegen einer Übersetzungsstufe erst ab einer zwischen der zweiten Endlage (E2) und der ersten Zwischenlage (Z1) gelegenen ersten Vorschaltstellung (V1) bzw. ab einer zwischen der ersten Endlage (E1) und der dritten Zwischenlage (Z3) gelegenen zweiten Vorschaltstellung (V2) erfolgt.
Aktuatorik nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilelemente (19-22) der Führungskulisse derart ausgestaltet sind, dass die Schaltwelle (9) durch zweizügiges axiales Verschieben von der ersten Endlage (E1) zunächst in die erste Vorschaltstellung (V1) und dann zurück in die erste Endlage (E1) bzw. von der zweiten Endlage (E2) zunächst in die zweite Vorschaltstellung (V2) und dann zurück in die zweite Endlage (E2) in Umfangsrichtung verdrehbar ist.
Aktuatorik nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, – dass mindestens eine der Übersetzungsstufen, wenn sie zuvor durch Verschieben der Schaltwelle (9) in die erste Endlage (E1) eingelegt wurde, durch Verschieben der Schaltwelle (9) von der ersten Zwischenlage (Z1) in die erste Vorschaltstellung (V1) ausgelegt wird und – dass mindestens eine der Übersetzungsstufen, wenn sie zuvor durch Verschieben der Schaltwelle (9) in die zweite Endlage (E2) eingelegt wurde, durch Verschieben der Schaltwelle (9) von der dritten Zwischenlage (Z3) in die zweite Vorschaltstellung (V2) ausgelegt wird.
Aktuatorik nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Endschaltelemente (1-4) zu Endschaltelementgruppen zusammengefasst sind und dass die zuvor eingelegte Übersetzungsstufe nur dann ausgelegt wird, wenn das der einzulegenden Übersetzungsstufe zugeordnete Endschaltelement (1-4) und das der zuvor eingelegten Übersetzungsstufe zugeordnete Endschaltelement (1-4) derselben Endschaltelementgruppe angehören.
Aktuatorik nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Auslegen der Übersetzungsstufen mittels von den Mitnehmerelementen (14-18) verschiedener Auslegeelemente (26) erfolgt.
Aktuatorik nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, – dass die Auslegeelemente (26) mit einem Schubelement (27) axial unverschieblich verbunden sind, das von der Schaltwelle (9) über ein Kuppelelement (28) axial verschiebbar ist, – dass das Kuppelelement (28) auf der Schaltwelle (9) axial unverschiebbar, aber quer zur Wellenachse (10) verschiebbar gelagert ist und – dass das Kuppelelement (28) beim axialen Verschieben der Schaltwelle (9) mit einer an der Wellenlagerung (11) angeordneten Führungskontur (31) derart zusammenwirkt, dass das Schubelement (27) beim axialen Verschieben der Schaltwelle (9) von der ersten Zwischenlage (Z1) in die zweite Endlage (E2) nur während des Verschiebens von der ersten Zwischenlage (Z1) in die erste Vorschaltstellung (V1) bzw. beim axialen Verschieben der Schaltwelle (9) von der dritten Zwischenlage (Z3) in die erste Endlage (E1) nur während des Verschiebens von der dritten Zwischenlage (Z3) in die zweite Vorschaltstellung (V2) verschoben wird.
Aktuatorik nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Schubelement (27) bezüglich der Wellenachse (10) unverdrehbar gelagert ist.
Aktuatorik nach Anspruch 13 und 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Schubelement (27) mit der Schaltwelle (9) drehfest verbunden ist und dass die Auslegeelemente (26) sich bezüglich der Wellenachse (10) in Umfangsrichtung nur über einen Auslegeelementumfangswinkel (γ) erstrecken.
Aktuatorik nach Anspruch 15, 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Schubelement (27) durch die Schaltwelle (9) und das Kuppelelement (28) stets in die eine oder in die andere von zwei Endstellungen verschoben wird und dass dem Schubelement (27) ein Arretiermechanismus (37) zugeordnet ist, auf Grund dessen das Schubelement (27) in den Endstellungen rastiert.
Aktuatorik nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Arretiermechanismus (37) aus zwei in das Schubelement (27) eingebrachten Nuten (38, 39) besteht, in die ein federbelastetes Riegelelement (40) eingreift.
Aktuatorik nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilelemente (19-22) der Führungskulisse derart ausgestaltet sind, dass die Schaltwelle (9) beim einzügigen Verschieben zunächst in Umfangsrichtung, dann entgegen der Umfangsrichtung und schließlich wieder in Umfangsrichtung verdreht wird.
Aktuatorik nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdrehen entgegen der Umfangsrichtung beim einzügigen Verschieben ausschließlich während des Verschiebens von der zweiten zur ersten bzw. von der vierten zur dritten Zwischenlage (Z1-Z4) erfolgt.
Aktuatorik nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilelemente (19-22) der Führungskulisse derart ausgestaltet sind, dass die Schaltwelle (9) beim dreizügigen Verschieben zunächst in Umfangsrichtung und dann entgegen der Umfangsrichtung verdreht wird.
Aktuatorik nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdrehen entgegen der Umfangsrichtung beim dreizügigen Verschieben sowohl während des Verschiebens von der ersten in die zweite Zwischenlage (Z1, Z2) als auch während des Verschiebens von der zweiten Zwischenlage (Z2) in die zweite Endlage (E2) bzw. sowohl während des Verschiebens von der dritten in die vierte Zwischenlage (Z3, Z4) als auch während des Verschiebens von der vierten Zwischenlage (Z4) in die erste Endlage (E1) erfolgt.
Aktuatorik nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilelemente (19-22) der Führungskulisse derart ausgestaltet sind, dass sie beim dreizügigen Verschieben ein Verschieben der Schaltwelle (9) von der ersten Zwischenlage (Z1) über die zweite Zwischenlage (Z2) hinaus bzw. von der dritten Zwischenlage (Z3) über die vierte Zwischenlage (Z4) hinaus mechanisch blockieren.
Aktuatorik nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltwelle (9) vom Aktuator (12) kraftbegrenzt, insbesondere kraftgeregelt, von der ersten in die zweite bzw. von der dritten in die vierte Zwischenlage (Z1-Z4) verschiebbar ist.
Aktuatorik nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltwelle (9) vom Aktuator (12) kraftbegrenzt, insbesondere kraftgeregelt, in die erste bzw. zweite Endlage (E1, E2) verschiebbar ist.
Aktuatorik nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (12) von einer Steuereinheit (13) gesteuert wird, der nur die ein- bzw. auszulegende Übersetzungsstufe vorgegeben wird, und dass die Steuereinheit (13) den Aktuator (12) selbsttätig derart ansteuert, dass die vorgegebene Übersetzungsstufe ein- bzw. ausgelegt wird.
Aktuatorik nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (13) den Aktuator (12) unmittelbar nach dem Verschieben der Schaltwelle (9) in die erste bzw. zweite Endlage (E1, E2) derart ansteuert, dass er die Schaltwelle (9) in die erste bzw. dritte Zwischenlage (Z1, Z3) überführt.
Mehrganggetriebe mit mehreren Übersetzungsstufen, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einer Aktuatorik nach einem der obigen Ansprüche versehen ist.
Kraftfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass es mit einem Mehrganggetriebe nach Anspruch 29 versehen ist.