DE102006057445B4 - Impulsantrieb für Drehschieber - Google Patents
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für einen Drehschieber.
- Mit einem Drehschieber soll ein relativ genaues Einstellen weniger, fest vorgegebener, diskreter Rotationsstellungen eines Drehschiebers gewährleistet werden, damit z. B. in Abhängigkeit von der Drehstellung verschiedene Kanalverknüpfungen erzeugt werden können. Dazu wird gewöhnlich ein an einer Achse drehbar gelagertes Bauteil mit einem vollwertigen Elektromotor, beispielsweise einem Schrittmotor oder einem konventionellen Elektromotor, angesteuert und in die definierten Rotationsstellungen gebracht. Um die diskreten Rotationsstellungen genau einzustellen, ist entweder zusätzliche Sensorik, eine Steuerung und gegebenenfalls ein Getriebe erforderlich, oder es müssen verhältnismäßig viele Endstufen vorgesehen werden, die mit Anzahl der diskreten Rotationsstellungen steigen. Somit wird die Ausgestaltung verhältnismäßig aufwendig.
- Bei einem Einsatzgebiet von derartigen Drehschiebern im Rahmen des Hydraulikversorgungssystems für ein Getriebe, beispielsweise einem Doppelkupplungsgetriebe, ist es ferner nötig, dass der Drehschieber und sein Antrieb zuverlässig unter typischen Hydraulikrahmenbedingungen arbeiten. Insbesondere ist es erforderlich, dass hohe Temperaturen, die Anwesenheit von Öl oder Hydraulikflüssigkeit und gegebenenfalls hohe Vibrationsbelastungen im Getriebe toleriert werden. Bei einem solchen Einsatz wird der Drehschieber in einem Gehäuse drehbar angeordnet, so dass das Drehschieberventil gebildet wird. Das Gehäuse selbst weist ebenfalls eine bestimmte Anzahl von Anschlüssen auf, die beispielsweise im Hydraulikversorgungssystem bestimmten Ausgängen und bestimmten Eingängen entsprechen. Der Drehschieber ist innerhalb des Gehäuses in mehrere unterschiedliche Stellungen drehbar, in denen er jeweils zumindest einen Eingang selektiv mit einem der Ausgänge verbindet. Somit ist es möglich, beispielsweise den Eingang mit einem dem Systemdruck entsprechenden Druckniveau, einem weitgehend drucklosen Druckzustand oder bestimmten, mit Druck beaufschlagten Zuständen zu verbinden, um die Hydraulikversorgung des Getriebes zu verschalten.
- Aus der
DE 197 23 219 A1 ist ein Drehschieberventil als Lenkartenwählventil für mehrachsig gelenkte Fahrzeuge bekannt geworden. Das Drehschieberventil weist hier mehrere Wege-Sitzventile mit entsprechend zugeordneten Betätigungseinrichtungen auf. Die Betätigungseinrichtung sind so ausgebildet, dass in beiden Schaltzuständen einen Rastung erfolgt, so dass auch im Falle eines Ausfalls der Spannungsversorgung immer definierte Ventilstellungen erhalten bleiben. - Es ist Aufgabe der Erfindung, einen möglichst einfachen und preisgünstigen Antrieb für einen derartigen Drehschieber vorzusehen, der den Drehschieber in wenige diskrete Positionen bringen kann und im Getriebebau, insbesondere für ein Hydraulikversorgungssystem für ein Getriebe, einsetzbar ist.
- Diese Aufgabe wird mit einer Antriebsvorrichtung für einen Drehschieber mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
- Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die Rotationssymmetrie des Drehschiebers auszunutzen und einen in eine Richtung drehbaren Drehschieber vorzusehen. Jeder einrastbaren Drehposition ist eine Position des Drehschiebers zugewiesen, so dass der Drehschieber durch Betätigen des Antriebs jeweils eine Position weiter bewegt werden kann. Da die Bewegung stets eine vorgegebene und zwischen zwei Positionen gleiche benachbarten Drehstrecke ist, kann ein Elektromagnet verwendet werden, der ein Zwischenelement bei seiner Aktivierung eine vorgegebene Strecke, die der definierten Drehstrecke entspricht, bewegt. Da der Elektromagnet bei Ansteuerung und Aktivierung stets eine bestimmte Kraft auf das Zwischenelement aufbringt, entspricht die Drehbewegung, die nach Übertragung durch das Zwischenelement in den Drehschieber eingeleitet wird, stets einer vorgegebenen Strecke, die ihrerseits einem Weiterschalten des Drehschiebers um eine Position entspricht.
- So weist die Antriebsvorrichtung gemäß der Erfindung einen Elektromagnet auf, der ein an dem Elektromagnet translatorisch beweglich geführtes und durch den Elektromagnet zwischen zumindest zwei Positionen bewegbares Mitnehmerelement bewegt. Ein drehbar gelagertes Scheibenelement ist mit dem Drehschieber zur synchronen Bewegung des Drehschiebers und des Scheibenelements verbindbar, wobei das Scheibenelement Rastmittel in zueinander gleich beabstandeten Winkelpositionen aufweist, die mit einem Rastelement am Mitnehmerelement verrastbar sind. Die Richtung der translatorischen Bewegung des Mitnehmerelements, die durch die Aktivierung des Elektromagneten ausgelöst wird, ist tangential an einen Kreis um den Drehmittelpunkt des Scheibenelements derart, dass bei einer Bewegung des Mitnehmerelements entlang einer definierten Strecke durch Aktivierung des Elektromagneten das Rastelement des Mitnehmerelements in Eingriff mit einem benachbarten Rastmittel bewegt wird, da das Scheibenelement einen der der definierten Strecke entsprechenden Winkel weitergedreht wird. D. h. bei einer Aktivierung des Elektromagneten wird das Rastelement mit dem jeweils nächsten Rastmittel verrastet. Außerdem ist ein Freigabemittel vorgesehen, das das Rastelement aus der Eingriffsposition mit dem Rastmittel bewegt, wenn der Elektromagnet nicht aktiviert ist, sowie ein Rückdrehsperrmittel, dass ein Rückdrehen des Scheibenelements im nicht aktivierten Zustand des Elektromagneten verhindert.
- Somit kann durch einfaches Bestromen und Loslassen des Elektromagneten der Drehschieber um eine Position weiter bewegt werden. Durch mehrfaches Bestromen und Loslassen hintereinander kann der Drehschieber über mehrere Positionen hinweg in jede der gewünschten diskreten Stellungen gebracht werden.
- Das Scheibenelement und der Drehschieber bewegen sich vorzugsweise synchron, indem sie auf einer gemeinsamen Achse drehfest vorgesehen sind, so dass die diskret anzufahrenden Stellungen des Drehschiebers von Ihrem Winkel her um den selben Winkel bzw. ein ganzzahliges Vielfaches dieses Winkels auseinander liegen, der durch zwei benachbarte Drehpositionen der Antriebsvorrichtung einstellbar ist und durch zwei nebeneinander liegende Rastpositionen zwischen dem Rastelement und einem Rastmittel bestimmt wird.
- Besonders bevorzugt sind die Rastmittel als Verzahnung auf der Stirnfläche des Scheibenelements ausgebildet, so dass das translatorisch bewegbare Mitnehmerelement jeweils mit einem der Zähne der Verzahnung verrastet und durch seine Bewegung das Scheibenelement mitführt und somit zur Drehung bringt. Bei der Rückstellung durch Entlastung des Mitnehmers, d. h. bei abgeschaltetem Elektromagnet, gelangt das Mitnehmerelement über den nächsten Zahn, so dass es bei einem nachfolgenden Aktivierungsvorgang des Elektromagneten wiederum den aktuell verrasteten Zahn und damit die Scheibe und den Drehschieber mitbewegen kann.
- Damit das Mitnehmerelement nicht aus der Verzahnung der Scheibe springt und mit dieser zuverlässig in Eingriff gehalten wird, ist vorzugsweise ein Federelement vorgesehen, das das Mitnehmerelement im Wesentlichen in Axialrichtung der Drehachse der Scheibe gegen die Verzahnung in Zahnfußbereiche drückt.
- Vorzugsweise sind die Zähne entlang der Translationsrichtung des Mitnehmerelements im Wesentlichen als Keilprofile gestaltet, so dass das Mitnehmerelement an einer steil abfallenden Flanke verhaken kann und die Scheibe mitbewegen kann. Andererseits kann bei der Rückstellung durch das Freigabemittel das Mitnehmerelement über die flachen Bereiche laufen, ehe es über den Scheitel des Zahns gelangt.
- Das Freigabeelement ist vorzugsweise als Feder gestaltet, die das Mitnehmerelement gegen die Bewegungsrichtung bei Aktivierung des Elektromagneten drückt und somit in eine Ausgangsposition zurück stellt, wenn keine Stromzufuhr vorhanden ist.
- Vorzugsweise ist als Rückdrehsperrmittel ebenfalls ein hakenartiges Element vorgesehen, das tangential bzw. im Wesentlichen tangential an einen Kreis um den Drehmittelpunkt des Scheibenelements ist. Das Rückdrehsperrmittel verhakt ebenfalls vorzugsweise mit den gleichen Zahnflanken wie das Mitnehmerelement und ist als Rücklaufsperrhebel ausgestaltet, der unmittelbar ehe der Mitnehmer in die Endstellung eines Aktivierungsschritts gelangt, der durch die Aktivierung des Elektromagneten ausgelöst wird, über den Scheitel eines Zahns rutscht oder läuft und mit einer Zahnflanke verhakt. Somit wird beim nachfolgenden Abschalten des Elektromagneten verhindert, dass sich die Scheibe zurück dreht.
- Zusätzlich kann als Rückdrehsperrmittel eine Rastiervorrichtung vorgesehen sein, die ein Gleitelement, das beispielsweise über die Zahnfläche des Scheibenelements gleitet, durch eine Feder in Axialrichtung der Drehachse des Scheibenelements vorbelastet und somit gegen das Scheibenelement drückt. Zur Drehung muss das Scheibenelement somit zusätzlich den durch die Rastiervorrichtung aufgebrachten Reibwiderstand überwinden.
- Besonders bevorzugt wird die Antriebsvorrichtung in einem System zum Ansteuern einer Mehrzahl von hydraulischen Schaltzylindern, insbesondere in einem Hydraulikversorgungssystem für ein Getriebe, eingesetzt. In diesem Fall muss beim Einschalten der Steuerung die Ausgangsstellung des Drehschiebers referenziert, d. h. bestimmt, werden, was jedoch durch die gewöhnlich im System vorhandenen Sensoren bei Beaufschlagung der durch den Drehschieber geschalteten Hydraulikkanäle mit Druck möglich ist.
- Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung bei der Verwendung in einer solchen hydraulischen Umgebung ist, dass lediglich eine Endstufe notwendig ist und somit ein besonderer Steuerungsaufwand nicht erforderlich ist. Diese Endstufe kann durch die Maximalkraft, die durch den Elektromagneten auf den Mitnehmer aufgebracht wird, vorgegeben sein.
- Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft anhand der beigefügten Figuren beschrieben, in denen
-
1 ein zentraler Schnitt durch ein System aus Antriebsvorrichtung und Drehschieber ist; -
2 die Antriebsvorrichtung in einem zur Drehschieberachse versetzten Schnitt zeigt; und -
3 eine Draufsicht auf die Antriebsvorrichtung ist. - Der in
1 schematisch dargestellte Drehschieber1 , dessen Schaltkanäle in1 nicht gezeigt sind, ist drehfest auf einer Drehachse5 gelagert. Der Drehschieber1 weist vorzugsweise unter gleichen Winkeln beabstandete Kanäle auf. - Zum Antrieb des Drehschiebers
1 ist eine Antriebseinrichtung20 vorgesehen, von der ein Scheibenelement2 ebenfalls drehfest auf der Achse5 angebracht ist. Das Scheibenelement2 , die Achse5 und der Drehschieber1 können einstückig oder aber durch mehrere fest verbundene Bauteile ausgebildet sein. Auf dem Scheibenelement2 ist auf der dem Drehschieber1 abgewandten Seite eine Verzahnung3 vorgesehen, die, wie aus2 erkennbar ist, durch rampenförmige Zähne mit einer im Wesentlichen flachen Zahnflanke31 und einer steilen Zahnflanke32 gebildet wird. Andere Zahnformen sind möglich. - Ferner wirkt auf das Scheibenelement
2 von der dem Drehschieber1 abgewandten Seite her eine Rastiervorrichtung4 ein, die in der in1 dargestellten Ausführungsform durch federbelastete Gleitelemente42 gebildet wird, die durch die Vorbelastungskraft der Federn41 auf das Scheibenelement2 gedrückt werden, so dass die Gleitelemente42 entlang dessen Oberfläche gleiten und mittels ihrer Reibkraft das Scheibenelement2 bei seiner Drehung bremsen. - Die Antriebsvorrichtung
20 enthält ferner eine Aktivierungseinrichtung, welche ein in tangentialer Richtung des Scheibenelements2 angeordnetes Mitnehmerelement7 aufweist. Das Mitnehmerelement7 wird, wie aus2 entnehmbar ist, mit der Blattfeder6 in Axialrichtung und ebenfalls in die Verzahnung3 des Scheibenelements2 gedrückt. Ferner weist das Mitnehmerelement7 ein Rastelement11 auf, das als hakenförmiges Ende eines stabartigen Elements gebildet ist, wobei das Rastelement11 mit den steilen Flanken32 der Verzahnung3 in Eingriff gelangen kann und diese bei seiner Bewegung, die durch die Anziehungskraft des Magneten9 ausgelöst wird, mitbewegen kann. Die Vorbelastungskraft des Federelements6 , das das Mitnehmerelement7 in axialer Richtung A der Drehachse5 drückt, dient dazu sicherzustellen, dass das Mitnehmerelement7 nicht unerwünscht aus der Verrastung springt. Allerdings ist die Federkraft der Blattfeder6 so schwach, dass sie durch ein Rückstellelement, nämlich die Feder8 , überwunden werden kann. - Das Mitnehmerelement
7 wird bei einer Aktivierung eines Elektromagneten9 innerhalb einer in diesem vorgesehenen Führung translatorisch bewegt (Richtung L in2 ). Bei einer Aktivierung des Elektromagneten9 zieht dieser das Mitnehmerelement7 an und bewegt es somit nach links in2 . Kurz nach dem Zurücklegen einer als Spiel vorgesehenen Wegstrecke gelangt das Rastelement11 in Anlage mit der Flanke32 eines benachbarten (linken) Zahnelements und bewegt somit bei fortgesetzter Bewegung des Mitnehmerelements7 das Scheibenelement2 mit, wodurch sich dieses um die Achse5 einen der Bewegungsstrecke des Mitnehmerelements7 entsprechenden Winkel dreht. - Wenn die Stromzufuhr zum Elektromagneten
9 unterbrochen wird, sorgt die Rückstellfeder am Mitnehmerelement7 , die ein Freigabemittel8 darstellt, dafür, dass das Mitnehmerelement7 wieder in seine Ausgangsposition (nach rechts) ebenfalls translatorisch bewegt wird. Insbesondere wird in diesem Fall durch die Federkraft der Feder8 das Mitnehmerelement über eine flache Flanke31 des gerade im Eingriff befindlichen Zahns zurück in das nächste Tal der Verzahnung3 (rechts) gedrückt. „Zurück” bezieht sich somit auf die Drehrichtung D (siehe3 ) der Scheibe, was bedeutet, dass das Mitnehmerelement beim Abschalten der Bestromung entgegen der Rotationsrichtung D des Scheibenelements2 bewegt wird. Das Scheibenelement2 wird stets nur in einer Drehrichtung D gedreht (im Uhrzeigersinn in3 ). - In die Verzahnung
3 greift außerdem ein in3 dargestellter Rücklaufsperrhebel10 ein, der anders als das Mitnehmerelement7 in zum Scheibenelement2 tangentialer Richtung fixiert ist, statt durch Elektromagnet9 und Feder8 translatorisch bewegt zu werden. - Der Weg, um den der Elektromagnet
9 bei einer Bestromung das Mitnehmerelement7 anzieht, ist so groß, dass das Scheibenelement2 um einem Zahn der Verzahnung3 entsprechenden Winkel weiter gedreht wird d. h. 360°/n, wobei n die Anzahl der Verrastungspunkte (Zähne) ist (45 Grad gemäß der in1 bis3 dargestellten Ausführungsform mit8 Zähnen). Während des Zurückdrückens des Mitnehmerelements7 durch das Freigabemittel8 nach dem Abschalten der Bestromung des Elektromagneten9 verhindert der Rücklaufsperrhebel10 , der unmittelbar vor Abschluss der Bewegung des Mitnehmerelements7 einen Zahn weiter gesprungen ist, ein versehentliches Zurückdrehen des Scheibenelements2 . - Die diskret anzufahrenden Stellungen des Drehschiebers
1 entsprechen von ihrem Winkel her genau dem Winkel, der durch den Drehwinkel zwischen zwei benachbarten Zähnen der Verzahnung3 gegeben ist (45 Grad beispielsweise), oder einem Vielfachen dieses Winkels. Der Winkel kann in Abhängigkeit von der Anzahl der vorzusehenden anzufahrenden Stellungen beliebig gewählt werden, wobei im letzteren Fall ein mehrfaches Bestromen und Loslassen zur Bewegung des Drehschiebers zwischen zwei benachbarten Positionen erforderlich ist. Auch bei einem Weiterschalten um mehr als eine Position ist ein mehrfaches Bestromen und Loslassen erforderlich. - Durch ein- oder mehrfaches Bestromen und Loslassen des Elektromagneten
9 kann der Drehschieber1 mit der Antriebsvorrichtung20 somit in jede der gewünschten Stellungen gebracht werden. Bei einmaligem Bestromen und anschließendem Loslassen wird der Drehschieber1 einem dem Abstand zwischen zwei Zähnen entsprechenden Drehwinkel weiter bewegt. Bei einem mehrfachen Bestromen dem entsprechenden Mehrfachen. - Die Rastiervorrichtung ist nicht unbedingt zur Funktion erforderlich und kann, insbesondere bei geeigneter Ausgestaltung eines Rücklaufsperrhebels
10 , vollständig entfallen. Statt Zähne und eine Verzahnung3 auf dem Scheibenelement2 vorzusehen, kann die Eingriffsposition des Mitnehmerelements7 beispielsweise auch durch Ausnehmungen definiert werden, aus denen das Mitnehmerelement7 in Axialrichtung A durch ein Freigabemittel heraus gedrückt wird. - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Drehschieber
- 2
- Scheibenelement
- 3
- Rastmittel
- 4
- Rastiervorrichtung (Rückdrehsperrmittel)
- 5
- Drehachse
- 6
- Federelement
- 7
- Mitnehmerelement
- 8
- Freigabemittel
- 9
- Elektromagnet
- 10
- Rückdrehsperrmittel
- 11
- Rastelement
- 20
- Antriebsvorrichtung
- 31
- Zahnflanke
- 32
- Zahnflanke
- 41
- Feder
- 42
- Gleitelement
Claims (9)
- Antriebsvorrichtung (
20 ) für einen Drehschieber (1 ), enthaltend einen Elektromagnet (9 ), ein an dem Elektromagnet (9 ) translatorisch beweglich geführtes und durch den Elektromagnet (9 ) zwischen zumindest zwei Positionen bewegbares Mitnehmerelement (7 ); ein drehbar gelagertes Scheibenelement (2 ), das mit dem Drehschieber zur synchronen Bewegung des Drehschiebers (1 ) und des Scheibenelements (2 ) verbindbar ist, wobei das Scheibenelement (2 ) Rastmittel (3 ) in zueinander gleich beabstandeten Winkelpositionen aufweist, die mit einem Rastelement (11 ) am Mitnehmerelement (7 ) verrastbar sind, wobei die Richtung der translatorischen Bewegung des Mitnehmerelements (7 ) tangential an einen Kreis um den Drehmittelpunkt des Scheibenelements (2 ) ist, derart, dass bei einer Bewegung des Mitnehmerelements (7 ) durch Aktivierung des Elektromagneten (9 ) das Rastelement (11 ) des Mitnehmerelements (7 ) in Eingriff mit einem benachbarten Rastmittel (3 ) bewegt wird; ein Freigabemittel (8 ), das das Rastelement (11 ) aus der Eingriffsposition mit dem Rastmittel (3 ) bewegt, wenn der Elektromagnet (9 ) nicht aktiviert ist; und ein Rückdrehsperrmittel (10 ,4 ), das ein Rückdrehen des Scheibenelements im nicht aktivierten Zustand des Elektromagneten (9 ) verhindert. - Antriebsvorrichtung (
20 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehschieber (1 ) und das Scheibenelement (2 ) auf einer gemeinsamen Achse (5 ) drehfest vorgesehen sind. - Antriebsvorrichtung (
20 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rastmittel (3 ) als Verzahnung auf der Stirnfläche des Scheibenelementes (2 ) geformt sind. - Antriebsvorrichtung (
20 ) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Federelement (6 ) vorgesehen ist, das das Mitnehmerelement (7 ) in Zahnfußbereiche der Verzahnung drückt. - Antriebsvorrichtung (
20 ) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnung durch im Wesentlichen durch Keilprofile als Zähne gebildet wird, die im Querschnitt entlang der Bewegungsrichtung des Mitnehmerelements (7 ) betrachtet eine steil ansteigende Flanke abgewendet zur Drehrichtung und eine flach ansteigende Flanke in Drehrichtung des Scheibenelements (2 ) weisend aufweisen, wobei bei seiner durch Aktivierung des Elektromagneten (9 ) ausgelösten Bewegung das Rastelement (11 ) des Mitnehmerelements (7 ) mit der steil ansteigenden Flanke in Eingriff ist und dadurch das Scheibenelement zieht. - Antriebsvorrichtung (
20 ) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückdrehsperrmittel einen Rücklaufsperrhebel (10 ) aufweist, der derart angeordnet ist, dass er während der durch die Aktivierung des Elektromagneten (9 ) ausgelösten Bewegung über die flache Flanke eines Zahns läuft und unmittelbar vor Abschluss der Bewegung mit der steilen Flanke verrastet. - Antriebsvorrichtung (
20 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Freigabemittel (8 ) eine Feder ist, die das Mitnehmerelement (7 ) in einer Richtung entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung bei Aktivierung des Elektromagneten (9 ) vorbelastet. - Antriebsvorrichtung (
20 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückdrehsperrmittel (10 ,4 ) mindestens eine Rastiervorrichtung (4 ) mit einem durch eine Feder in Axialrichtung der Drehachse des Scheibenelements (2 ) gegen eine Stirnfläche des Scheibenelements (2 ) vorbelasteten Rast-/Gleitelement aufweist. - Verwendung einer Antriebsvorrichtung (
20 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche in einem System zum Ansteuern einer Mehrzahl von hydraulischen Schaltzylindern, insbesondere für ein Hydraulikversorgungssystem für ein Doppelkupplungsgetriebe.
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