Demgegenüber ist
es Aufgabe der Erfindung eine Servounterstützungsvorrichtung zu schaffen, welche
eine Bewegung eines Schalthebels ohne Zeitverzögerung in eine Bewegung eines
Schaltbetätigungsbauteils
eines Schaltgetriebes umsetzt, wobei der Zustand des Schaltbetätigungsbauteils
genau der Stellung des Schalthebels entspricht. Zur Lösung dieser
Aufgabe ist eine Servounterstützungsvorrichtung
gemäß Anspruch
1 vorgesehen. Vorteilhaft hierbei ist, dass zwischen dem Schalthebel
und dem Schaltbetätigungsbauteil
des Schaltgetriebes zu jeder Zeit eine starre Wirkverbindung besteht,
wodurch eine Bewegung des Schalthebels direkt und zu jederzeit eine
entsprechende Bewegung des Schaltbetätigungsbauteil bewirkt. Ein
weiterer wesentlicher Vorteil besteht darin, dass bei Ausfall des
Mittels zur Erfassung der Bewegung oder bei Ausfall des Servoantriebs
die Funktionsfähigkeit
bei gleichbleibenden Schaltwegen erhalten bleibt.
Eine
erfindungsgemäße Ausgestaltung
des Servoantriebs der Servounterstützungsvorrichtung sieht vor,
dass der Servoantrieb einen Elektromotor aufweist, welcher über ein
Getriebe das Schaltbetätigungsbauteil
in beide Bewegungsrichtungen verschieben kann. Eine erfindungsgemäße Ausgestaltung
der Servounterstützungsvorrichtung
sieht hierbei vor, dass bei erfaßter Bewegung des Schalthebels
der Servoantrieb die Verschiebung des Schaltbetätigungsbauteils unterstützt. Vorteilhaft
hierbei ist, dass zusätzlich
zur vom Servoantrieb aufgebrachten Servokraft immer eine auf den
Schalthebel wirkende Handschaltkraft auf das Schaltbetätigungsbauteil wirkt.
Vorzugsweise ist hierbei die Servokraft so ausgelegt, dass eine
Verschiebung des Schaltbetätigungsbauteils
ohne Unterstützung
der Handschaltkraft nicht möglich
ist. Höchstvorzugsweise
ist die Servokraft von der aktuellen Schaltposition des Schaltbetätigungsbauteils
abhängig
und in einem Speicher der Steuereinrichtung abgelegt.
Eine
vorteilhafte Ausgestaltung des Schaltbetätigungsbauteils sieht vor,
dass dieses als Schaltwelle ausgebildet ist, welche bei einer Schaltbewegung
des Schalthebels axial verschoben wird und bei einer Wählbewegung
des Schalthebels verdreht wird. Erfindungsgemäß dient zur Übertragung
der Wählbewegung
die gleiche Übertragungseinrichtung welche
die Schaltbewegung auf die Schaltwelle überträgt. Nach einem wesentlichen
Aspekt der Erfindung ist das Getriebe des Servoantriebs bei einer
Wählbewegung
des Schalthebels von der Schaltwelle drehentkoppelt, so daß diese
ohne Einfluß auf
den Servoantrieb um ihre Achse gedreht werden kann. Vorteilhaft
hierbei ist, dass zum Einlegen einer Gangstufe lediglich ein Übertragungselement
und eine Schaltwelle vorgesehen sind, wobei der Servoantrieb die
Schaltwelle nur bei einer Schaltbetätigung unterstützen kann
und bei einer Wählbewegung
funktionsentkoppelt ist, ohne dabei einer Drehbewegung der Schaltwelle
folgen zu müssen.
Eine
günstige
Ausgestaltung sieht vor, dass das Getriebe als zweifach untersetztes
Getriebe ausgebildet ist, welches eine erste Stufe aufweist, die von
der mit einer X-Zahnverzahnung
ausgeführten Abtriebswelle
des Elektromotors und einem Zahnsegmentrad gebildet wird und eine
zweite Stufe aufweist, welche durch ein mit dem Zahnsegmentrad drehfest
verbundenes Zahnrad und einem mit der Schaltwelle gekoppeltem Zahnstangenelement
gebildet wird. Vorzugsweise ist hierbei die Abtriebswelle des Elektromotors
als 2-Zahn, 3-Zahn oder 4-Zahn-Ritzel ausgeführt. Vorzugsweise bilden die zwei
Stufen des Getriebes zusammen eine Untersetzung von etwa 1 : 20
ins Langsame. Eine erfindungsrelevante Ausführung der ersten Stufe des
Getriebe sieht vor, dass die erste Stufe als Stirnradgetriebe oder
als Kronenradgetriebe ausgebildet ist. Bei der erfindungsgemäßen Ausführung als
Kronenradgetriebe ist vorgesehen, dass das Zahnsegmentrad als Cylkro®- Kronenrad ausgebildet
ist und das Antriebsritzel des Elektromotors eine Evolventenverzahnung aufweist.
Vorteilhaft bei dieser Ausführungsform
ist, dass die Drehachsen des Elektromotors und des Zahnsegmentrad
nicht parallel liegen müssen,
sondern je nach Bauraumbedingungen auf jeden Winkel zwischen 0° und 90° eingestellt
werden können.
Bei der Einstellung muß lediglich
das Cylkro®-Rad
axial eingestellt werden, die axiale Lage des Ritzels innerhalb
der Zahnbreite ist beliebig. Vorteilhaft bei beiden Ausgestaltungen
ist insbesondere der hohe Wirkungsgrad des Getriebes und die geringe
Reibung der speziellen Verzahnungsform, welche insbesondere eine
sehr geringe Haftreibung aufweist. Bei Betätigung des Schalthebels in
Schaltrichtung muß zuerst
mittels Handschaltkraft die Haftreibung des Getriebes überwunden
werden, bevor eine Bewegung des Schalthebels erfolgen kann und mittels
des Mittels zur Erfassung der Bewegung des Schalthebels erfaßt werden
kann. Demzufolge würde
der Fahrer bei großem
Haftreibungswiderstand einen unerwartet hohen Widerstand des Schalthebels
zu Beginn einer Schaltung verspüren,
was als unangenehm und störend
empfunden werden könnte.
In
einer bevorzugten Ausführungsform
weist das Zahnstangenelement eine axiale Bohrung auf, mittels welcher
das Zahnstangenelement drehbar aber axial fest auf der Schaltwelle
angeordnet ist. Hierbei weist die Schaltwelle vorzugsweise einen
radialen Absatz auf, welcher zur direkten oder indirekten axialen
Abstützung
des Zahnstangenelements in der einen Richtung dient. Zur axialen
Abstützung
in der anderen Richtung ist vorgesehen, dass auf der Schaltstange
eine Sicherungsscheibe angeordnet ist, welche ihrerseits durch ein
in einer Ringnut der Schaltwelle aufgenommenes Sicherungselement axial
gesichert ist.
Eine
bevorzugte Ausführungsform
der Servounterstützungsvorrichtung
sieht vor, dass der Schalthebel mittels der Übertragungseinrichtung mit einem
ersten Ende des Schaltbetätigungsbauteils verbunden
ist und der Servoantrieb mit demselben oder dem gegenüberliegenden
Ende des Schaltbetätigungsbauteils
gekoppelt ist.
Eine
weitere günstige
Ausführungsform
sieht vor, dass das Mittel zur Erfassung der Bewegung des Schalthebels
in Schaltrichtung ein die Drehbewegung des Elektromotors erkennender
Sensor ist. Hierbei ist der Sensor vorzugsweise als in den Elektromotor
integrierter Inkrementalgeber, welcher Relativbewegungen des Elektromotors
sensieren kann, ausgeführt.
Durch die hohe Untersetzung des zweistufigen Getriebes und eine
vorzugsweise hohe Aufteilung einer Motorumdrehung in etwa 60 Inkremente wird
sichergestellt, dass ein sehr geringer Betätigungsweg des Schalthebels
bezogen auf den Gesamtweg einer Schaltung von Gang ausgelegt bis Gang
eingelegt, oder anders herum, vom Sensor erfaßt wird.
Eine
weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht
vor, dass der Servoantrieb elastische Mittel aufweist, welche zwischen
dem Elektromotor und der Schaltwelle wirken. Vorzugsweise sind die
elastischen Mittel hierbei als Federelemente ausgebildet, welche
zwischen der ersten Stufe des Getriebes und der zweiten Stufe des
Getriebes oder/und zwischen der zweiten Stufe und der Schaltwelle
angeordnet sind. Vorteilhaft hierbei ist, dass der Elektromotor
bis zum Erreichen einer Schaltposition, bei welchem eine Synchronisation
der Drehzahlen der zu schaltenden Gangstufe erfolgt, die Schaltwelle
axial verschiebt und beim Synchronisieren der Gangstufe dann die
Schaltwelle im Wesentlichen keine Axialbewegung mehr durchführt, wobei
der Elektromotor jedoch weiterdreht und die vorzugsweise vorgespannten
Federelemente weiter vorspannt. Die Federelemente dienen hierbei
als Energiespeicher. Nach erfolgter Synchronisation entspannen sich
die Federelemente wieder, wodurch das einzulegende Gangrad beschleunigt
eingelegt wird. Weiterhin können
die Federelemente dazu dienen, dass der Elektromotor gedämpft in
den von der Schaltwelle vorgegebenen Endlagen abgebremst wird, wenn
die Synchronisationsvorrichtung am einzulegenden Gangrad anschlägt. Eine
besonders bevorzugte Ausgestaltung des Getriebes sieht vor, dass
das Zahnsegmentrad zweiteilig ausgebildet ist, wobei beide Bauteile
zumindest ein Fenster zur Aufnahme eines zwischen den beiden Bauteilen
wirkenden Federelementes aufweisen und wobei das erste Bauteil die
mit dem Elektromotor wirkende Verzahnung aufweist und mit dem zweiten
Bauteil das mit dem Zahnstangenelement wirkende Zahnrad drehfest
verbunden ist und/oder das axial benachbart dem Zahnstangenelement
mindestens ein Federelement zwischen einem vom Zahnstangenelement
gebildeten Anschlag und einem mit der Schaltwelle verbundenen Anschlag
angeordnet ist. Die Anordnung des Federelementes kann hierdurch
platzsparend und ohne zusätzliche Bauteile
erfolgen, wobei in beiden Ausführungsformen
jedoch eine Drehung des Antriebsritzels bei stationärer Schaltwelle
derart erfolgen kann, dass das Federelement die Drehenergie des
Elektromotors aufnehmen kann indem das Federelement weiter gespannt
wird und seine potentielle Energie dabei erhöht wird. Das Federelement ist
hierbei vorzugsweise vorgespannt eingebaut, wobei die Vorspannkraft vorzugsweise
höher ist
als die Kraft, welche nötig
ist um das Rastmoment des Elektromotors zu überwinden. Damit wird erreicht,
dass der Schalthebel quasi starr mit dem Elektromotor gekoppelt
ist und eine Betätigung
des Schalthebels direkt eine Drehung des Antriebsritzels bewirkt
ohne dass ein Spannen des Federelementes einen Leerweg des Schalthebels bezüglich des
Elektromotors bedingen würde.
In
einer weiterführenden
Ausgestaltung der Servounterstüngungsvorrichtung
ist vorgesehen, dass zur Erfassung der Bewegung des Schalthebels mindestens
ein weiterer Sensor vorgesehen ist, welcher als Wegsensor oder Beschleunigungssensor oder
Kraftsensor ausgebildet ist. Vorzugsweise ist der weitere Sensor
hierbei direkt mit dem Schalthebel, der Übertragungseinrichtung oder
der Schaltwelle gekoppelt. Vorteilhaft bei einem als Kraftsensor ausgebildeten
Sensor ist, dass eine Ansteuerung des Servoantriebs bereits bei
Sensierung einer auf den Schalthebel wirkenden Kraft erfolgen kann.
Somit kann der Elektromotor noch vor einer Detektion einer Drehung
und somit noch schneller von der Steuereinrichtung angesteuert werden,
wodurch die Servounterstüzungsvorichtung
dynamischer reagieren kann. Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht
vor, dass die Servounterstützungsvorrichtung
mit einem Stufenwechselgetriebe im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs
verbunden ist und dass das Stufenwechselgetriebe als Zahnradgetriebe
ausgebildet ist. Vorzugsweise weist das Zahnradgetriebe verschiedene Gangstufen
auf, welche mittels zugeordneter Synchronisiereinrichtungen eingelegt
werden können. Hierbei
sind zumindest die Synchronisiereinrichtungen der höheren Gangstufen
als einfache Konussynchronisierungen ausgebildet. Üblicherweise
sind bei handgeschalteten Stufenwechselgetrieben die Synchronisiereinrichtungen
der unteren Gangstufen als Mehrfach-Konussynchronisierungen, zumindest
als Zweifach-Konussynchronisierungen
ausgeführt. Durch
die Verwendung dieser relativ aufwendigen Synchronisiereinrichtungen
kann eine am Schalthebel aufzubringende Synchronisierkraft bei gleicher Synchronisierzeit
reduziert werden. Die in den unteren Gängen aufzubringenden Synchronisierkräfte sind
bezüglich
der Synchronisierkräfte
in den höheren
Gängen
größer, da
durch die höhere
Spreizung der Untersetzung in den unteren Gängen eine größere Differenzdrehzahl
beim Gangwechsel anzusynchronisieren ist. Da der Fahrer jedoch eine
im Wesentlichen gleiche Schaltkraftcharakteristik erwartet, können durch
die Mehrfach-Konussynchronisierungen
die Synchronisierkräfte
bei gleichen Schaltzeiten auf das Niveau der Synchronisierkräfte der
höheren Gänge reduziert
werden. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht jedoch
vor, dass die den unteren Gangstufen zugeordneten Synchronisiereinrichtungen
auch als einfache Konussynchronisierungen ausgebildet sind. Hierdurch
kann das Getriebe wesentlich günstiger
und mit bei reduziertem Bauraumbedarf ausgelegt werden. Um dem Fahrer
jedoch auch bei Gangwechseln in den unteren Gangstufen einen im
Wesentlichen mit den höheren
Gangwechseln vergleichbaren Schaltkraftverlauf am Schalthebel zu
vermitteln, wird die Servokraft von der Steuereinrichtung entsprechend
höher eingeregelt. Es
kann weiterhin auch daran gedacht werden, bei Gangwechseln, bei
welchen ein oder mehrere Gangstufen übersprungen werden und somit
eine bezüglich
Einfachschaltungen höhere
Differenzdrehzahl zu synchronisieren ist, die Servokraft entsprechend
zu erhöhen.
Vorzugsweise wird eine Servokraft in Abhängigkeit einer Synchronkraftberechnung
durchgeführt,
wobei eine Drehzahldifferenz der zu synchronisierenden Gangstufe
zugrunde gelegt wird, welche sich bei Kenntnis der einzulegenden
Gangstufe unter anderem aus einer Raddrehzahl und der Drehzahl des
Kraftfahrzeugmotors berechnet, aus welchen auch die aktuell eingelegte
Gangstufe bestimmbar ist. Die einzulegende Gangstufe kann mittels
eines weiteren Sensors, welcher die Wählstellung des Schalthebels direkt
oder indirekt über
die Drehstellung der Schaltwelle sensiert und der Bewegungsrichtung
in Schaltebene bestimmt werden.
Höchstvorzugsweise
werden in der Berechnung der Servokraft weitere Betriebszustände des Fahrzeugs
wie z. Bsp. Motortemperatur oder/und Getriebeöltemperatur berücksichtigt.
Hierdurch kann ein erhöhter
Synchronkraftbedarf infolge niedriger Temperaturen durch eine entsprechende
Erhöhung der
Servokraft ausgeglichen werden.
Nach
einer bevorzugten Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass die Schaltwelle
entsprechend einer Anzahl von Schaltgassen radial vorstehende Schaltfinger
aufweist, welche entsprechend der Wählstellung des Schalthebels
mit jeweils einem weiteren Schaltbetätigungsbauteil in Eingriff
bringbar ist, welches den der jeweiligen Schaltgasse entsprechenden
Gänge zugeordnet
ist. Vorteilhaft hierbei ist, dass nur eine Schaltwelle zum Einlegen
der Gangstufen benötigt
wird, so daß der
Servoantrieb fest mit dieser und unabhängig der Wahlstellung des Schalthebels
wirkverkoppelt ist. Es ist hierbei nicht nötig, die Kopplung des Servoantriebs
entsprechend der Wahlstellung des Schalthebels mit den weiteren Schaltbetätigungsbauteilen
herzustellen oder aufzuheben. Eine bevorzugte Ausführungsform
der weiteren Schaltbetätigungsbauteile
sieht vor, dass diese verschwenkbar gelagert sind und mit rotierenden Synchronisiereinrichtungen
gekoppelt sind, welche durch eine Axialverschiebung der Schaltwelle
in die entgegengesetzte Richtung verschoben werden. Hierdurch kann über einen
entsprechend angeordneten Drehpunkt der Schaltbetätigungsbauteile
eine weitere Übersetzung
der Schaltvorrichtung derart festgelegt werden, dass der axiale
Verschiebungsweg der Schaltwelle kürzer oder länger als der resultierende
Verschiebungsweg der Synchronisiereinrichtungen ist.
Es
wurde bereits ausgeführt,
dass die Steuereinrichtung vorzugsweise in Reaktion auf die Sensierung
einer Schaltbewegung einen Schaltvorgang derart unterstützt, dass
die Schaltkennlinien zum Einlegen verschiedener Gänge im Wesentlichen
gleich sind. Es kann hierbei auch daran gedacht werden, dass die
Schaltkennlinien verschiedener Gänge
unterschiedlich ausgelegt sind, für ein Ein- oder Auslegen eines
speziellen Ganges jedoch unter verschiedenen Betriebsbedingungen,
wie unterschiedliche Betriebstemperaturen, Schaltdrehzahlen, etc.
eine im Wesentlichen gleich hohe Handschaltkraft benötigt wird.
Es kann auch daran gedacht werden, unter verschiedenen Betriebsarten
des Kraftfahrzeugs unterschiedliche Schaltkennlinien und damit eine
unterschiedlich hohe Unterstützung
durch den Servoantrieb bereitzustellen. So können zum Beispiel die Schaltkennlinien
in einem Sportmodus sich von den Schaltkennlinien in einem Economic-Modus
derart unterscheiden, dass eine Servounterstützung im Sportmodus geringer
ausfällt
oder/und dass ein Gradient der am Schalthebel wirkenden Gegenkraft
größer als
in einem Economic-Modus eingestellt wird. Erfindungsgemäß werden
hierzu der Steuereinrichtung über
einen CAN-BUS weitere Signale wie z. Bsp. Motordrehzahl, Fahrmodus,
Rennstartanforderung, etc. übermittelt.
Erfindungsgemäß sind in
der Steuereinrichtung die Motorkennlinie des Servomotors und die
verschiedenen Schaltkraftcharakterisitiken in einem Modell abgelegt.
Eine geforderte Servokraft wird durch die Spannung oder den Strom
des Elektromotors eingestellt. Die benötigte Versorgungsspannung der Steuereinrichtung
und/oder des Elektromotors kann hierbei vorteilhafterweise mit dem
Zündschloß gekoppelt
sein, wodurch bereits bei entriegeltem Zündschloß eine Servounterstützung bereitgestellt
werden kann. Eine bevorzugte Auslegung der Servokraft sieht vor,
dass die Servokraft von der Steuereinrichtung so eingestellt wird,
dass ohne Unterstützung
einer auf den Schalthebel wirkenden Handschaltkraft die Servokraft
für ein
selbstständiges
Einlegen einer Gangstufe nicht ausreicht. Vorzugsweise reicht hierbei
die Servokraft nicht aus, um bei laufendem Antriebsmotor des Kraftfahrzeugs
eine Gangstufe ohne Unterstützung
durch eine Handschaltkraft zu synchronisieren. In einer weiterführenden
Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Servokraft nach erfolgter
Synchronisierung einer Gangstufe so eingestellt wird, dass die Gangstufe
ohne Unterstützung
einer auf den Schalthebel wirkenden Handschaltkraft eingelegt wird.
Vorzugsweise wird hierbei das Ende der Synchronisierung für die entsprechende
Gangstufe durch den erfaßten
Weg des Schalthebels, bzw. ab einem Schwellwert des Inkrementalgebers
im Elektromotor erfaßt.
Vorteilhaft hierbei ist, dass Schaltzustände, bei welchem ein Gang bereits
synchronisiert oder teileingelegt ist, jedoch wieder herausspringen
kann, vermieden werden. Die Steuereinrichtung kann hierzu den Servoantrieb
dermaßen ansteuern,
dass die Schaltwelle bis kurz vor ihre Endposition, welche einem
abgelegtem Gang entspricht, verschoben wird, bzw. der Elektromotor
kurz vor Erreichen der Endablage abgeschalten wird. Nach einem weiterführenden
Aspekt der Erfindung kann vorgesehen sein, dass nach erfolgtem Einlegen
eines Ganges die Position der Schaltwelle weiter erfaßt wird
und bei einer axialen Positionsänderung
der Schaltwelle durch Vibrationen oder Lastwechseln im Getriebe
eine Ablageposition des Ganges durch die Steuereinheit nachgeregelt
wird. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung
in Abhängigkeit
von erfaßten
Schaltpositionen oder Betriebsparametern den Servoantrieb dergestalt
ansteuert, dass eine Sperrwirkung über den Schalthebel erzeugt
wird, bzw. dass eine Gegenkraft auf den Schalthebel wirkt. Hierbei
wird insbesondere daran gedacht, dass ab erfaßter Gangendlage eine Gegenkraft
auf den Schalthebel aufgebaut wird, um dem Fahrer eine haptische
Rückmeldung
der eingelegten Gangstufe zu vermitteln. Weiterhin kann erfindungsgemäß auch ein
unzulässiges
Gangeinlegen durch eine der Handschaltkraft entgegenwirkende Servokraft
vermieden werden. Es wird zum Beispiel daran gedacht, einem Gangeinlegen
bei nicht vollständig ausgerückter Kupplung
oder oberhalb einer Motordrehzahl entgegenzuwirken.
Die
Servounterstützungsvorrichtung
kann bei positiver Unterstützung
vorzugsweise so ausgestaltet sein, dass die Servokraft von der Steuereinrichtung
so eingestellt wird, dass bis zum Erreichen eines Synchronpunktes
eines Ganges am Schalthebel eine in Wesentlichen monoton ansteigende
Gegenkraft aufgebracht werden muß, oder/und dass ab dem Erreichen
eines Synchronpunktes des einzulegenden Ganges am Schalthebel eine
im Wesentlichen monoton bis auf Null sinkende Gegenkraft aufgebracht
werden muß.
Dem Fahrer wird hierdurch das Ende der Synchronisierung klar und
deutlich vermittelt, wodurch ein exaktes Schaltgefühl entsteht und
ein direkter Durchgriff auf das Getriebe vermittelt wird. Es kann
jedoch auch daran gedacht werden, den Umkehrpunkt der aufzubringenden
Gegenkraft vor, bzw. nach den Synchronpunkt zu verlegen, wodurch
sich die Schaltcharakteristik ändert
und die Schaltwege kürzer
oder länger
erscheinen, wobei das exakte Schaltgefühl erhalten bleibt.
Die
Erfindung wird im Folgenden anhand mehreren in den Figuren gezeigten
Ausführungsbeispielen
näher erläutert.
1 zeigt
ein erstes Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen Servounterstützungsvorrichtung
Nicht
dargestellt ist die Steuereinrichtung sowie die entsprechende elektrische
Verbindung zum Elektromotor und die Signalleitungen, welche den
Inkrementalgeber mit der Steuereinrichtung zur Signalübertragung
verbinden. Über
die elektrische Steckvorrichtung 20 wird hierbei die elektrische
Verbindung zur Steuereinrichtung, sowie zur Stromversorgung hergestellt.
Die Schaltwelle 12 weist radial vorstehende Schaltfinger 22 auf,
welche entsprechend der Wählstellung
des Schalthebels 2 mit jeweils einem weiteren Schaltbetätigungsbauteil 24 in
Eingriff bringbar ist, welches den der jeweiligen Schaltgasse entsprechenden
Gängen
zugeordnet ist. Die Schaltbetätigungsbauteile 24 sind über die
Lageranordnungen 26 im Getriebegehäuse schwenkbar gelagert, so daß der sich
in Eingriff befindliche Schaltfinger 22 bei axialer Bewegung
das jeweilige Schaltbetätigungsbauteil 24 verschwenkt.
Die bezüglich
den Schaltfingern 22 gegenüberliegende Seite der Schaltbetätigungsbauteile 24 ist
jeweils mit einer Synchronisiereinrichtung 26 gekoppelt,
welche sich bezüglich
des Schaltbetätigungsbauteile 24 frei
drehen kann jedoch durch das Schaltbetätigungsbauteil 24 axial
verschieblich ausgebildet ist. Die Funktionalität der Servounterstützungsvorrichtung
stellt sich wie folgt dar: Betätigt
der Fahrer den Schalthebel 2 in Schaltrichtung zum Einlegen
oder zum Auslegen einer Gangstufe, wird über die Übertragungseinrichtung 6 die Schaltwelle 12 verschoben
und damit das Getriebe und der Elektromotor in Bewegung versetzt.
Von der Steuereinrichtung wird über
das Signal des im Motor 16 integrierten Inkrementalgebers
die Drehung der Motorabtriebswelle sensiert und damit indirekt eine Bewegung
des Schalthebels 2 sensiert. Die Bewegung des Schalthebels 2 kann
natürlich
auch direkt über
einen Sensors, welcher die Bewegung der Schaltwelle 12,
der Übertragungseinrichtung 6,
oder des Schalthebels 2 detektiert, ermittelt werden. Über die
Steuereinrichtung wird der Elektromotor daraufhin entsprechend einer
in der Steuereinrichtung abgespeicherten Schaltkraftcharakteristik
oder/und des abgespeicherten Kennfeldes des Elektromotors angesteuert.
Der Servoantrieb 14 treibt dadurch die Schaltwelle in der
vom Fahrer vorgegebenen Schaltrichtung unterstützend mit an. Dadurch wird
dem Fahrer durch die Unterstützung
des Servoantriebs 14 eine von der aktuellen Position des
Schalthebels 2 abhängige
Restkraft abverlangt um den Schaltvorgang durchzuführen. Über die
je nach Höhe
der Servokraftunterstützung
weitgehend unabhängig
einstellbare Restkraft, welcher der Fahrer als Gegenkraft des Schalthebels
verspürt,
kann dem Fahrer eine gewünschte
Schaltkraftcharakteristik vermittelt werden. Bei Handschaltgetrieben
ohne Servounterstützungsvorrichtung
wird die Gegenkraft des Schalthebels und damit die über die
Schaltkraftcharakteristik von der Schaltposition abhängige Schaltkraft
zum einen von der Schaltgeschwindigkeit und zum anderen von der
Art der Synchronisiereinrichtung und der zu synchronisierenden Drehzahldifferenz
bestimmt. Einfache Konussynchronisiereinrichtung fordern bei gleicher
Schaltgeschwindigkeit eine höhere
Schaltkraft als doppelte oder dreifache Konussynchronisierungen.
Weiterhin beeinflussen verschiedene Rastiermechanismen die Schaltkraftcharakteristik
derart, das die erforderliche Schaltkraft bis zum Erreichen des
Synchronpunktes möglichst
kontinuierlich ansteigt, nach Synchronisierung steil abfällt bis
die Gegenkraft ihr Vorzeichen wechselt und als unterstützende Kraft
die Schaltwelle und damit den Schalthebel möglichst selbständig in
die Ablageposition der Gangstufe verschiebt. Als Rastiermechanismen
sind üblicherweise
Schwingenrasten 28 vorgesehen, welche dazu dienen, die
Synchronisiereinrichtungen entweder im eingerückten oder im ausgerückten Zustand
zu halten und bei einem Übergang
von einem eingerückten
zu einem ausgerückten
Zustand, oder andersherum, eine zu überwindende Gegenkraft aufbringen,
welche dazu dient, ein unbeabsichtigtes selbständiges Ein- oder Auslegen eines
Ganges zu verhindern. Weiterhin dient üblicherweise eine Zentralraste 30,
welche auf der Schaltwelle 12 angeordnet ist, einen fühlbaren
Leerweg des Schalthebels um die Neutrallage zu verhindern, indem
bereits eine Kraft notwendig ist, um den in der Neutrallage rastierten
Schalthebel zu bewegen. Die Zentralraste ist weiterhin so ausgeführt, dass
eine unterstützende
Kraft auf den Schalthebel ausgeübt
wird, sobald der Schalthebel eine Schaltposition erreicht hat, welche einem
synchronisierten und bereits eingelegten Gang entspricht. Damit
wird die Schaltwelle und damit die Synchronisiereinrichtung in eine
Ablageposition verschoben, in welcher die Gangstufe sicher und formschlüssig eingelegt
ist. Einem Verschieben der Schaltwelle in Richtung Gang auslegen
wirkt dabei die Gegenkraft der Zentralraste entgegen. In 1 sind
zum besseren Verständnis
die Zentralraste 30 und die Schwingenrasten 28 dargestellt.
Erfindungsgemäß kann jedoch
zumindest die Zentralraste 30 entfallen und der Servoantrieb
eine entsprechenden Unterstützung,
bzw. aufzubringende Gegenkraft bereitstellen.
In 2 ist
eine Explosionszeichnung eines vorteilhaften Servoantriebs dargestellt.
Hierzu weist der Elektromotor 16 ein Antriebsritzel 32 auf,
welches eine evolventische Dreizahnverzahnung aufweist. Das Antriebsritzel 32 kämmt mit
dem Zahnsegmentrad 34, welches aus den beiden Bauteilen 36 und 38 besteht.
Das Bauteil 36 kämmt
hierbei mit dem Antriebsritzel und weist hierzu entweder eine Stirnradverzahnung
auf, oder ist als Kronenrad mit einer Cylkro®-Verzahnung
ausgeführt.
Das Bauteil 36 ist in 2 vereinfacht
dargestellt, wobei die Verzahnung nicht dargestellt ist. Das Bauteil 38 weist
in Längsrichtung
einen mittigen Schlitz 40 auf, welcher im zusammengebauten
Zustand das Bauteil 38 aufnimmt. Weiterhin weisen die beiden
Bauteile 36 und 38 korrespondierende Fenster 42, 44 auf,
welche die Feder 46 aufnehmen. Zur Fixierung der beiden
Bauteile 36 und 38 relativ zueinander dient das
Zahnrad 46, welches endseitig ein dreiteiliges Aufnahmeprofil 48 aufweist,
welches mittels korrespondierender Öffnungen 50, 52 der
beiden Bauteile 36 und 38 beim Zusammenstecken
diese zueinander positioniert. Die Öffnung 50 ist hierbei
so ausgestaltet, dass das Bauteil 38 mit dem Zahnrad 46 drehfest
verbunden wird. Die Öffnung 52 ist
hierbei so ausgestaltet, dass das Bauteil 36 bezüglich des
Zahnrads 46 um dessen Drehachse drehbar verbunden wird.
Hierdurch können das
Antriebsritzel 32 und das Zahnrad 46 sich begrenzt
zueinander verdrehen, wobei sich die beiden Bauteile 36 und 38 relativ
zueinander drehen und dabei die Feder 46 zusammendrücken. Das
Zahnrad 46 kämmt
mit einem auf der Schaltwelle 12 angeordneten Zahnstangenelement 54,
welches hierzu mit einer Bohrung 56 ausgebildet ist. Die
Schaltwelle 12 ist an ihrem Ende in ihrem Durchmesser reduziert,
wodurch der Absatz 58 ausgebildet wird. Auf dem reduzierten
Endbereich wird das Zahnstangenelement 54 drehbar angeordnet.
Zur axialen Positionierung und Fixierung bezüglich der Schaltwelle 12 dienen
die beiden Federelemente 60, 62, welche beidseitig
des Zahnstangenelementes 54 auf der Schaltwelle 12 positioniert
werden und wobei das Federelement 60 am Absatz 58 axial
anliegt. Die Feder 62 liegt am axial dem Absatz 58 entgegengesetzten
Ende an der Scheibe 64 an. Zur Axialsicherung auf der Schaltwelle 12 dient
der Sicherungsring 66, welcher in eine Ringnut 68 der
Schaltwelle 12 eingesetzt wird. Durch die beiden Federelemente 60, 62 wird
eine begrenzte Axialverschiebung des Zahnstangenelementes 54 bezüglich der
Schaltwelle 12 gewährleistet,
wobei hierbei ein Federelement entlastet und das andere belastet
wird. Um eine relative kraftbeaufschlagte Wirkentkoppelung zwischen
dem Elektromotor 16 und der Schaltwelle 12 zu
realisieren reicht natürlich eine
der beiden Möglichkeiten.
So kann bei Anordnung der beiden Federn 60, 62 auf
der Schaltwelle 12 das Zahnradsegment 34 einteilig
ausgebildet und starr mit dem Zahnrad 46 verbunden sein.
Oder bei Verwendung des zweiteiligen federbelasteten Zahnradsegments 34 kann
das Zahnstangenelement 54 axial starr aber drehbar auf
der Schaltwelle 12 angeordnet sein.