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Die Erfindung betrifft eine Getriebestellvorrichtung gemäß Oberbegriff von Anspruch 1.
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Weiterhin betrifft die Erfindung ein Schaltgetriebe gemäß Anspruch 6 und ein Verfahren zur Durchführung einer Schaltbewegung gemäß Oberbegriff von Anspruch 7.
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Üblicherweise werden automatisierte Schaltgetriebe durch die gattungsgemäßen Getriebestellvorrichtungen, die neben den beiden genannten Aktuatoren einen weiteren Aktuator zur Kupplungsbetätigung aufweisen können, in zwei Richtungen angesteuert. Zur Durchführung der Schaltbewegung beziehungsweise der Gangbetätigung sind drei Stellungen üblich, wobei die beiden Endstellungen einem eingelegten Gang entsprechen, während die Mittelstellung der Neutralstellung entspricht. Um verschiedene Gänge einlegen zu können, wird mit der entsprechenden Wahl der Schaltgasse die notwendige Gangpaarung ausgewählt.
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Aus dem Stand der Technik sind Getriebestellvorrichtungen bekannt, bei denen sowohl der Aktuator zur Auswahl der Schaltgasse als auch der Aktuator zur Durchführung der Schaltbewegung elektromechanisch betätigt werden, wobei derartige Getriebestellvorrichtungen dort eingesetzt werden, wo kleinere Stellkräfte ausreichend sind, wie dies beispielsweise auf dem Gebiet der Personenkraftwagen der Fall ist. Zum anderen sind aus dem Stand der Technik Getriebestellvorrichtungen bekannt, bei denen sowohl der Aktuator zur Auswahl der Schaltgasse als auch der Aktuator zur Durchführung der Schaltbewegung hydraulisch oder pneumatisch betätigt werden, wobei derartige Getriebestellvorrichtungen dort eingesetzt werden, wo hohe Stellkräfte erforderlich sind, wie dies beispielsweise auf dem Gebiet der Nutzfahrzeuge der Fall ist. Aus dem Vorstehenden ergibt sich, dass bisher für jede Fahrzeugklasse eigene Getriebestellvorrichtungen entwickelt wurden, was mit einem entsprechend hohen Aufwand verbunden ist.
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Eine beispielhafte Getriebestellvorrichtung und ein zugehöriges Verfahren sind aus der
FR 2 814 524 A1 vorbekannt.
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Die
DE 10 2004 052 804 B3 beschreibt eine automatische Schalteinrichtung wobei eine Schaltbewegung hydraulisch in Längsrichtung und eine Wählbewegung elektromagnetisch in Drehrichtung erfolgt.
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Die
DE 100 17 110 A1 beschreibt ebenfalls eine automatisierte Schalteinrichtung bei der ein Schaltwählschaft axial und rotatorisch von einem Wähl- beziehungsweise einem Schaltmotor bewegt wird.
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Die
DE 197 34 023 A1 beschreibt ein automatisiertes Getriebe, wobei Schneckengetriebe zum Wählen und Schalten des automatisierten Getriebes vorgesehen sind.
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Die
DE 101 09 645 A1 beschreibt eine gattungsgemäße Getriebestellvorrichtung und ein zugehöriges Verfahren.
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Die gattungsgemäße Getriebestellvorrichtung, das zugehörige Schaltgetriebe und das gattungsgemäße Verfahren zur Durchführung einer Schaltbewegung sind so ausgebildet, dass sie im Zusammenhang mit beliebigen Fahrzeugklassen verwendet werden können, um so die erwähnten Doppelentwicklungen zu vermeiden.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Getriebestellvorrichtung, das zugehörige Schaltgetriebe und das gattungsgemäße Verfahren zur Durchführung einer Schaltbewegung bei gleicher Funktionalität mechanisch einfacher aufzubauen.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Die erfindungsgemäße Getriebestellvorrichtung sieht vor, dass einer der Aktuatoren ein elektromechanischer Aktuator ist, während der andere Aktuator ein hydraulischer oder pneumatischer Aktuator ist. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass es auch bei für Nutzfahrzeuge vorgesehenen Getrieben Stellvorgänge gibt, die mit relativ niedrigen Kräften aber hohen dynamischen Anforderungen durchgeführt werden müssen. Für derartige Stellvorgänge werden vorzugsweise elektromechanische Steller verwendet. Andererseits existieren auch bei für Personenkraftwagen vorgesehenen Getrieben Stellvorgänge, bei denen eine hydraulische oder pneumatische Durchführung zumindest nicht nachteilhaft ist. Vorzugsweise werden die Aktuatoren unterschiedlicher Technologien in einem Gehäuse integriert und von einer gemeinsamen Elektronik angesteuert. Dies ermöglicht es, dass alle Fahrzeug- beziehungsweise Getriebeklassen mit nur einer Getriebesteuerung betrieben werden können. Kleinere Getriebe sind mit mehr als beispielsweise drei Gassenpositionen darstellbar, größere Nutzfahrzeuggetriebe mit Vor- und Nachschaltgruppe können mit einem zusätzlichen Aktuator ausgestattet werden, insbesondere einem zusätzlichen pneumatischen oder hydraulischen Aktuator. Weiterhin ist es möglich, dass entsprechend den Anforderungen für die Auswahl der Schaltgasse und die Durchführung der Schaltbewegung kostengünstige Aktuatoren ausgewählt werden. Insgesamt können die prinzipbedingten Vorteile beider Aktuator- beziehungsweise Stellertechnologien optimal für die benötigten Aufgaben ausgenützt werden. Im Vergleich zu rein pneumatisch oder hydraulisch betriebenen Getrieben ist auch keine zusätzliche Energiequelle erforderlich, da auch bei pneumatischen oder hydraulischen Systemen eine elektrische Versorgung zur Ansteuerung der Magnetventile vorhanden ist. Neben der Integration von vorzugsweise allen Aktuatoren in ein gemeinsames Gehäuse wird auch die Integration der Ansteuerlogik in eine gemeinsame Elektronik bevorzugt, die dann sowohl die Ansteuerung des oder der Magnetventile des pneumatischen oder hydraulischen Aktuators als auch die Ansteuerung des elektromechanischen Aktuators übernehmen kann. Der elektromechanische Aktuator kann unterschiedlich dargestellt werden. Beispielsweise kommen elektromagnetische Aktuatoren, insbesondere elektromagnetische Linearantriebsaktuatoren in Betracht. Alternativ kommen beispielsweise Elektromotoren mit zugeordneter Getriebeeinrichtung in Betracht, wobei die Getriebeeinrichtung beispielsweise durch ein Spindelgetriebe gebildet sein kann.
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Bei der erfindungsgemäßen Getriebesteuervorrichtung ist vorgesehen, dass der Aktuator zur Auswahl der Schaltgasse der elektromechanische Aktuator ist. Dies ist vorgesehen, weil die zur Auswahl der Schaltgasse erforderlichen Stellkräfte unabhängig von der Fahrzeug- beziehungsweise Getriebeklasse verhältnismäßig gering sind. Derartige Stellbewegungen können mit elektromechanischen Aktuatoren bei hoher Dynamik einfach dargestellt werden. Für die Auswahl der Schaltgasse werden oft mehr als drei Stellungen, beispielsweise vier bis fünf Stellungen, benötigt. Bei vier oder mehr Stellungen wird die Konstruktion mit einem pneumatischen oder hydraulischen Aktuator sehr aufwendig, während sie mit einem elektromechanischen Aktuator auch in solchen Fällen einfach verwirklicht werden kann. Die in diesem Zusammenhang erforderliche Stellungserfassung kann beispielsweise bei einem EC-Motor in die Ansteuerelektronik integriert werden. Dadurch kann ein üblicherweise zu diesem Zweck erforderlicher Wegsensor gegebenenfalls entfallen. Weiterhin kann eine Kraftsteuerung und/oder -regelung in einfacher Weise verwirklicht werden, indem der Motorstrom des elektromechanischen Aktuators zur Detektion der momentan wirkenden Kraft überwacht wird. Eine Überwachung der Funktionstüchtigkeit der Mechanik ist somit ebenfalls möglich, beispielsweise, um Beschädigungen durch Korrosion erkennen zu können. Die Verwendung eines hydraulischen oder pneumatischen Aktuators zur Durchführung der Schaltbewegung ist ebenfalls unabhängig von der Fahrzeug- beziehungsweise Getriebeklasse vorteilhaft. Für die Durchführung der Schaltbewegung beziehungsweise der Schaltgabelbewegung sind in der Regel zwei oder maximal drei Stellungen ausreichend. Diese sind mit einem pneumatischen oder hydraulischen Aktuator einfacher zu verwirklichen, wobei hohe Stellkräfte bei gleichzeitig hoher Dynamik und geringem Bauraum einfach darstellbar sind.
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Die gattungsgemäße Getriebestellvorrichtung sieht vor, dass sie eine mit dem Aktuator zur Auswahl der Schaltgasse und mit dem Aktuator zur Durchführung der Schaltbewegung in Verbindung stehende Schaltwelle umfasst. Die Schaltwelle ist axial verschiebbar ausgelegt, wobei zusätzlich oder alternativ auf der Schaltwelle axial verschiebbare Elemente vorgesehen sein können. Weiterhin ist die Schaltwelle um ihre Längsachse drehbar, wobei zusätzlich oder alternativ vorgesehen sein kann, dass die Schaltwelle um ihre Längsachse drehbare weitere Elemente trägt.
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Bei der erfindungsgemäßen Getriebestellvorrichtung ist in diesem Zusammenhang vorzugsweise weiterhin vorgesehen, dass die Schaltwelle durch den Aktuator zur Auswahl der Schaltgasse axial verschiebbar ist. Dabei kann die axiale Verschiebung der Schaltwelle in besonders vorteilhafter Weise durch einen elektromagnetischen Linearantrieb erfolgen.
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Bei der gattungsgemäßen Getriebestellvorrichtung ist weiter vorgesehen, dass die Schaltwelle durch den Aktuator zur Durchführung der Schaltbewegung um ihre Längsachse verdrehbar ist. Die Verdrehung der Schaltwelle kann dabei in besonders vorteilhafter Weise durch einen pneumatisch oder hydraulisch angetriebenen Kolben erfolgen, dessen Kolbenstange beispielsweise an einem mit der Schaltwelle in Verbindung stehenden Schalthebel angelenkt ist.
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Bei der gattungsgemäßen Getriebestellvorrichtung ist vorgesehen, dass der Schaltwelle ein Schaltfinger zugeordnet ist, der mit einer von einer Mehrzahl von Schaltstangen ausgerichtet werden kann, wobei jede der Mehrzahl von Schaltstangen einer Schaltgasse zugeordnet ist. Der Schaltfinger kann entweder durch die axiale Verschiebung der Schaltwelle ausgerichtet werden, oder er kann unabhängig von der Schaltwelle in deren axialer Richtung verschoben werden, beispielsweise mit Hilfe eines Spindelgetriebes, das parallel zur Schaltwelle angeordnet ist und das den Schaltfinger verschiebt.
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Für die gattungsgemäße Getriebestellvorrichtung ist weiter vorgesehen, dass der Schaltfinger durch eine Verdrehung der Schaltwelle um ihre Längsachse eine im Wesentlichen axiale Bewegung der Schaltstange hervorruft, mit der er ausgerichtet ist. Zu diesem Zweck kann der Schaltfinger beispielsweise als Nocke der Schaltwelle ausgebildet sein.
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Weiter ist für die gattungsgemäße Getriebestellvorrichtung vorgesehen, dass der Schaltwelle eine Verriegelungseinrichtung zugeordnet ist, welche die Schaltstangen, mit denen der Schaltfinger nicht ausgerichtet ist, bei einer Verdrehung der Schaltwelle um ihre Längsachse in einer Neutralstellung hält. Weiterhin ist bei der erfindungsgemäßen Getriebestellvorrichtung vorgesehen, dass die Verriegelungseinrichtung hülsenartig ausgebildet ist und so über die Schaltwelle geschoben, dass sie mit der Schaltwelle axial verschoben, jedoch nicht mit dieser um ihre Längsachse verdrehbar ist. Dadurch können geeignete Anschläge der Verriegelungseinrichtung die Schaltstangen, mit denen der Schaltfinger nicht ausgerichtet ist, bei einer Verdrehung der Schaltwelle um ihre Längsachse in der Neutralstellung halten.
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Bei der erfindungsgemäßen Getriebestellvorrichtung ist vorzugsweise weiterhin vorgesehen, dass zumindest der Aktuator zur Auswahl der Schaltgasse und der Aktuator zur Durchführung der Schaltbewegung in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind. Auf diese Weise wird ein modularer Aufbau erzielt, der die Montage am Getriebe vereinfacht.
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In diesem Zusammenhang wird es für die erfindungsgemäße Getriebestellvorrichtung bevorzugt, dass in dem Gehäuse weiterhin den Aktuatoren zugeordnete Ansteuerelektronik untergebracht ist. Bei dieser Ansteuerelektronik kann es sich in vorteilhafter Weise um eine integrierte Ansteuerelektronik handeln.
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Weiterhin wird es für die erfindungsgemäße Getriebestellvorrichtung als vorteilhaft erachtet, dass von dem elektronischen Aktuator Signale abgeleitet werden, die auf die Stellung eines Getriebestellelementes schließen lassen.
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Beispielsweise kann ein Wegsensor des Aktuators zur Auswahl der Schaltgasse in dessen Motoransteuerung integriert sein. Bei rotierenden Motoren (Linearmotoren sind in diesem Zusammenhang problemlos) kann eine Erkennung der absoluten Position durch ein Anfahren eines Anschlags und eine Auswertung des zugehörigen Stromanstiegs erfolgen. Beim Abschalten wird die aktuelle Position vorzugsweise in der Elektronik gespeichert. Bei kurzzeitigen Spannungsunterbrechungen kann die Berechnung der aktuellen Position gegebenenfalls aus unterschiedlichen, zur Verfügung stehenden Drehzahlen, Winkelstellungen und/oder Anzahlen an Umdrehungen erfolgen.
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Jedes Schaltgetriebe, das eine erfindungsgemäße Getriebestellvorrichtung umfasst, fällt in den Schutzbereich der zugehörigen Ansprüche.
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Bei dem gattungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, dass einer der Aktuatoren elektromechanisch betätigt wird, während der andere Aktuator hydraulisch oder pneumatisch betätigt wird. Dadurch ergeben sich die im Zusammenhang mit der gattungsgemäßen Getriebestellvorrichtung erläuterten Eigenschaften und Vorteile in gleicher oder ähnlicher Weise, weshalb zur Vermeidung von Wiederholungen auf die entsprechenden Ausführungen im Zusammenhang mit der gattungsgemäßen Getriebestellvorrichtung verwiesen wird.
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Gleiches gilt sinngemäß für die bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Auch diesbezüglich wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf die entsprechenden Ausführungen im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Getriebestellvorrichtung verwiesen.
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Für alle Ausführungsformen der Erfindung gilt, dass der elektromechanische Aktuator einen Motor, beispielsweise einen EC-Motor, einen Schrittmotor, einen DC-Motor (Bürste), einen Asynchronmotor, einen Linearmotor oder einen Piezo-Motor, und eine Mechanik aufweisen kann, die beispielsweise einen Direktantrieb (insbesondere in Verbindung mit einem Linearmotor), eine Spindel, eine Untersetzung mit Vorgelege- oder Planetengetriebe, eine Planeten-Wälz-Gewindespindel (PWG), eine Zahnstange oder eine Kurbelmechanik umfassen kann. Während die Schaltstangen beziehungsweise -gabeln vorzugsweise pneumatisch oder hydraulisch betätigt werden, kommt für einen der Kupplung zugeordneten weiteren Aktuator sowohl eine elektromechanische als auch eine pneumatische oder hydraulische Betätigung in Betracht.
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Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung anhand einer bevorzugten Ausführungsform beispielhaft erläutert.
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Es zeigt:
- 1 ein nur als Block angedeutetes Schaltgetriebe, das eine in perspektivischer Darstellung gezeigte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Getriebestellvorrichtung aufweist, wobei die dargestellte Anordnung auch zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist.
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1 zeigt ein nur schematisch als Block dargestelltes Schaltgetriebe 100. Das Schaltgetriebe 100 umfasst eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Getriebestellvorrichtung 10, die perspektivisch dargestellt ist. Die Getriebestellvorrichtung 10 umfasst eine Schaltwelle 16, die axial verschiebbar und um ihre Längsachse verdrehbar gelagert ist, wie dies durch die entsprechenden Pfeile angedeutet ist. Um die Schaltwelle 16 axial zu verschieben, ist ein elektromechanischer Aktuator 12 vorgesehen, bei dem es sich um einen elektromagnetischen Linearantrieb handelt. Zur Verdrehung der Schaltwelle 16 ist ein hydraulischer Aktuator 14 vorgesehen, der einen in einem Zylinder 38 geführten Kolben 40 umfasst, der mit einer unter Ablichtung aus dem Zylinder 38 herausgeführten Kolbenstange 36 in Verbindung steht. Die Kolbenstange 36 ist an einem Schalthebel 34 angelenkt, dessen ringartig ausgebildeter Endabschnitt 32 auf der Schaltwelle 16 sitzt. Der ringartig ausgebildete Endabschnitt 32 weist an seinem Innenumfangsbereich Nuten 30 auf, in die auf der Schaltwelle 16 gebildete Stege 28 greifen, so dass eine Verzahnung gebildet wird. Dadurch führt eine Betätigung des hydraulischen Aktuators 14 zu einer Verdrehung der Schaltwelle 16. Dabei ist jedoch sichergestellt, dass sich der ringförmig ausgebildete Endabschnitt 32 nicht axial mit der Schaltwelle 16 bewegt, wenn diese axial verschoben wird. Zu diesem Zweck kann der Schalthebel 34 beispielsweise an einem nicht dargestellten Gehäuse abgestützt sein. Der Schaltwelle 16 ist weiterhin ein Schaltfinger 18 zugeordnet, der als Nocke der Schaltwelle 16 ausgebildet ist. Somit wird der Schaltfinger 18 bei einer axialen Verschiebung der Schaltwelle 16 in Richtung ihrer Längsachse verschoben. Wenn die Schaltwelle 16 mit Hilfe des hydraulischen Aktuators 14 um ihre Längsachse verdreht wird, führt dies dazu, dass der Schaltfinger 18 seine bezogen auf die Schaltwelle 16 radiale Stellung verändert. In der dargestellten Stellung wurde der Schaltfinger 18 mit der Schaltstange 22 von insgesamt drei Schaltstangen 20, 22, 24 ausgerichtet, in dem die Schaltwelle 16 mit Hilfe des elektromechanischen Aktuators 12 entsprechend axial verschoben wurde. Eine sich nun anschließende Bewegung des Kolbens 40 bezogen auf die Darstellung nach vorne, führt dazu, dass der Schaltfinger 18 die mit ihm ausgerichtete Schaltstange 22 ebenfalls nach vorne verschiebt, um eine Schaltbewegung durchzuführen, wie dies durch die entsprechenden Pfeile angedeutet ist. Bei der dargestellten Getriebestellvorrichtung 10 ist der Schaltwelle 16 weiterhin eine Verriegelungseinrichtung 26 zugeordnet. Diese Verriegelungseinrichtung 26 weist einen ringförmig ausgebildeten oberen Abschnitt auf, mit dem sie auf der Schaltwelle 16 sitzt. Die Verriegelungseinrichtung 26 verschiebt sich mit der schaltwelle 16 axial; sie kann sich aber nicht mit der Schaltwelle 16 verdrehen, beispielsweise aufgrund geeigneter Abstützung an dem nicht dargestellten Gehäuse. Die Verriegelungseinrichtung hält daher mit ihrem unteren anschlagartigen Abschnitt die nicht ausgewählten Schaltstangen 20, 24 in der Neutralstellung.
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Mit der in 1 dargestellten Anordnung lässt sich das erfindungsgemäße verfahren wie folgt durchführen:
- Zunächst wird eine Schaltgasse beziehungsweise eine der Schaltstangen 20, 22, 24 ausgewählt, indem der elektromechanische Aktuator 12 betätigt wird, um die Schaltwelle 16 und mit ihr den Schaltfinger 18 in Längsrichtung der Schaltwelle 16 zu verschieben. Im dargestellten Fall wurde der Schaltfinger 18 mit der mittleren Schaltstange 22 ausgerichtet.
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Anschließend wird die Schaltbewegung durchgeführt, indem der hydraulische Aktuator 14 betätigt wird. Zu diesem Zweck wird der Zylinder 38 so mit Druck beaufschlagt, dass sich der Kolben 40 bezogen auf die Darstellung nach vorne bewegt. Dies führt dazu, dass sich die Schaltwelle 16 bezogen auf die Darstellung im Uhrzeigersinn dreht, wodurch der Schaltfinger 18 die Schaltstange 22 bezogen auf die Darstellung nach vorne verschiebt, um die Schaltbewegung durchzuführen.
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Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Getriebestellvorrichtung
- 12
- Aktuator zur Schaltgassenauswahl
- 14
- Aktuator zur Schaltbewegungsdurchführung
- 16
- Schaltwelle
- 18
- Schaltfinger
- 20
- Schaltstange
- 22
- Schaltstange
- 24
- Schaltstange
- 26
- Verriegelungseinrichtung
- 28
- Steg
- 30
- Nut
- 32
- Ringartiger Endabschnitt
- 34
- Schalthebel
- 36
- Kolbenstange
- 38
- Zylinder
- 40
- Kolben
- 100
- Schaltgetriebe
