DE102008000635A1

DE102008000635A1 - Anordnung zur Betätigung zumindest einer Schalteinrichtung eines Getriebes

Info

Publication number: DE102008000635A1
Application number: DE200810000635
Authority: DE
Inventors: Ralf Dr. Dreibholz; Matthias Reisch; Mark Dr. Mohr
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2008-03-13
Filing date: 2008-03-13
Publication date: 2009-09-17
Also published as: WO2009112345A1

Abstract

Es wird eine Anordung zur Betätigung zumindest einer Schalteinrichtung eines Getriebes mit einer Betätigungseinrichtung (1) vorgeschlagen, welche zumindest teilweise im Inneren einer Welle angeordnet ist, der zumindest ein zu schaltendes Gangzahnrad zugeordnet ist. Erfindungsgemäß ist der Betätigungseinrichtung (1) zumindest ein Energiespeicher zum Zwischenspeichern von Betätigungsenergie zugeordnet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur Betätigung zumindest einer Schalteinrichtung eines Getriebes mit einer Betätigungseinrichtung gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
Aus der Fahrzeugtechnik ist es bekannt, dass Schalteinrichtungen bzw. Schaltelemente z. B. bei Vorgelegegetrieben mittels Schaltgabeln oder Schaltschwingen von radial außen betätigt werden. Beispielsweise aus den Druckschriften DE 43 25 964 und DE 103 02 502 A1 sind Getriebe bekannt, bei denen die Schaltvorrichtungen beziehungsweise Schaltelemente jeweils eine axial verschiebbare Schiebemuffe umfasst, um das jeweilige Gangzahnrad zu schalten. Die Schiebemuffe wird hydraulisch angesteuert. Dazu sind entsprechende Kühlölzuführungskanäle in der Welle angeordnet, an der sich die zu schaltenden Gangzahnräder befinden.
Aus der Druckschrift DE 102 06 584 A1 ist ein Schaltgetriebe bekannt, bei dem zu schaltende Gangzahnräder mit einer Innenbetätigung und daran angepasste Betätigungseinrichtungen vorgesehen sind. Dabei wird die innere Betätigung der Schiebemuffe über einen Verbindungsstift realisiert, der sich axial in Schlitzen der hohlen Welle bewegen kann. Der Verbindungsstift wird durch eine in die hohle Welle integrierte, mitrotierende Hydraulikeinheit betätigt. Die Ölzufuhreinheit ist außerhalb der hohlen Welle angeordnet.
Zudem ist aus einer noch nicht veröffentlichten Anmeldung der Anmelderin DE 10 2006 049 274 eine Vorrichtung zum Betätigen eines als Losrad ausgeführten Zahnrades einer Getriebeeinrichtung in Vorgelegebauweise bekannt. Die Getriebeeinrichtung umfasst zwei Schalteinrichtungen, die jeweils zwei Losräder einer Vorgelegewelle schalten können. Die Schalteinrichtungen werden über zwei Betätigungseinrichtungen aus dem Inneren der als Hohlwelle ausgebildeten Vorgelegewelle betätigt.
Eine Innenbetätigung der Schalteinrichtungen beziehungsweise der Schaltelemente benötigt einen geringeren radialen Bauraum für das Getriebe, aufgrund der radial innen angeordneten Betätigungseinrichtungen. Jedoch ist der Bauraum innerhalb der Welle beschränkt, so dass die Dimensionierung des Aktuators an diese vorgegebenen Platzverhältnisse angepasst werden muss.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Anordnung zur Betätigung zumindest einer Schalteinrichtung eines Getriebes der eingangs beschriebenen Gattung vorzuschlagen, welche mit einem möglichst geringen Leistungsbedarf die erforderliche Betätigungsenergie aufbringt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und den Zeichnungen.
Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Anordnung zur Betätigung zumindest einer Schalteinrichtung eines Getriebes mit einer Betätigungseinrichtung, welche zumindest teilweise im Inneren einer Welle angeordnet ist, der zumindest ein zu schaltendes Gangzahnrad zugeordnet ist, kann vorgesehen sein, dass der Betätigungseinrichtung zumindest ein Energiespeicher oder dergleichen zum Zwischenspeichern von Betätigungsenergie zugeordnet ist.
Auf diese Weise kann unabhängig von der jeweiligen Betätigungsart und Schaltart eine ausreichende Betätigungsenergie in dem Energiespeicher zwischengespeichert werden, bevor das Schaltelement betätigt werden soll. Dadurch können auch höhere Betätigungsenergien ohne größere Dimensionierung des Aktuators schon vorher aufgebaut werden, so dass die Betätigungseinrichtung zum gewünschten Schaltzeitpunkt mithilfe des Energiespeichers ausreichend schnell die erforderliche Betätigungsenergie freisetzen kann. So mit ist eine besonders kompakte und leichte Bauweise der Betätigungseinrichtung möglich.
Im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass die Betätigungseinrichtung zumindest einen elektromechanischen Aktuator umfasst, der über zumindest ein Federelement oder dergleichen mit der Schalteinrichtung gekoppelt ist. Durch die Verwendung einer oder mehrerer Federelemente kann die von dem elektromechanischen Aktuator aufgebrachte Energie gespeichert werden. Da das Spannen des Federelementes schon vor dem Schaltzeitpunkt begonnen werden kann, steht somit mehr Zeit zum Aufbringen der Betätigungsenergie bei der erfindungsgemäßen Anordnung zur Verfügung. Folglich kann der Aktuator kleiner dimensioniert werden. Zudem kann somit auch die Leistung und die Übertragungselektronik des Aktuators entsprechend kleiner dimensioniert werden. Darüber hinaus sinkt in vorteilhafter Weise dadurch die Bordnetzbelastung bei dem Fahrzeug.
Um eine Speicherung der Betätigungsenergie zu ermöglichen, kann vorgesehen sein, dass der Schalteinrichtung beziehungsweise dem Schaltelement zumindest eine Arretierung oder dergleichen zum Halten der Schalteinrichtung in einer Neutralposition und/oder in einer Schaltposition zugeordnet ist. Somit kann die erforderliche Betätigungsenergie auf einfachste Weise bereits vor dem Schaltzeitpunkt durch den Aktuator aufgebracht werden, ohne dass eine Schaltung erfolgt. Zudem ist es ebenfalls möglich, dass, wenn sich die Schalteinrichtung in der Schaltposition befindet, die zum Überführen in die Neutralposition erforderliche Betätigungsenergie gespeichert wird, da die Schalteinrichtung auch in der Schaltposition arretierbar ist.
Um eine Speicherung der Betätigungsenergie zum Bewegen der Schalteinrichtung zwischen der Neutralposition und der Schaltposition zu realisieren, kann vorgesehen sein, dass das Federelement z. B. als Druckfeder und als Zugfeder ausgebildet ist. Auf diese Weise kann die Betätigungsenergie in beide Richtungen gespeichert werden. Es ist auch möglich, dass zwei separate Federelemente verwendet werden. Möglicherweise können auch andere Arten von Energiespeichern eingesetzt werden.
Gemäß einer nächsten Weiterbildung der Erfindung kann die Arretierung zumindest ein gehäuseseitiges Riegelelement oder dergleichen umfassen, welches zum Halten der Neutralposition und/oder der Schaltposition mit zumindest einer schalteinrichtungsseitigen Ausnehmung oder dergleichen in Wirkverbindung gebracht werden kann. Das Riegelelement kann auch als Rastelement oder dergleichen ausgeführt sein. Je nach Ausführungsform kann zum Beispiel ein Riegelelement zwei Ausnehmungen an dem Schaltelement beziehungsweise an der Schalteinrichtung zugeordnet werden, welche der Neutralposition und der Schaltposition des Schaltelements entsprechen.
Es ist gemäß einer nächsten Weiterbildung auch möglich, dass nur eine Ausnehmung an der Schalteinrichtung vorgesehen ist, welche einem ersten und einem zweiten Riegelelement durch entsprechende Bewegung der Schalteinrichtung zugeordnet werden kann, wobei ein Riegelelement der Schaltposition und das andere Riegelelement der Neutralposition zugeordnet sind. Es sind auch andere konstruktive Ausgestaltungen der Arretierung möglich. Beispielsweise kann auch jedes Riegelelement an der Schalteinrichtung und die Ausnehmungen gehäuseseitig angeordnet werden.
Die Betätigung des Riegelelements kann beispielsweise in Abhängigkeit der Position des Aktuators der Betätigungseinrichtung und/oder der Kraft beziehungsweise des Drehmoments des Aktuators durchgeführt werden. Es ist auch denkbar, dass eine separate beziehungsweise zusätzliche Aktorik zur Betätigung jedes Riegelelements vorgesehen ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die z. B. als Schaltklaue ausgebildete Schalteinrichtung in ihrer Schaltposition oder auch in ihrer Neutralposition durch einen Klauenhinterschnitt oder dergleichen gehalten wird. Es sind auch andere form- und/oder reibschlüssige Schalteinrichtungen als Einfach- oder als Doppelschaltelement einsetzbar.
Bei der Verwendung eines elektromechanischen Aktuators kann vorzugsweise eine Linearstelleinheit in Form eines Elektromotors mit einem Spindeltrieb vorgesehen sein. Vorzugsweise kann ein positions- und/oder kraftgeregelter beziehungsweise- gesteuerter Elektromotor eingesetzt werden. Der Spindeltrieb kann mit oder auch ohne Selbsthemmung ausgeführt sein. Es sind auch andere Übertragungsmittel denkbar. Möglicherweise können auch hydraulisch oder pneumatisch betätigte Aktuatoren bei der erfindungsgemäßen Betätigungsanordnung eingesetzt werden. Ferner kann der Aktuator gehäusefest oder auch rotierend mit der Welle angeordnet sein.
Vorzugsweise kann eine so genannte Modulbauweise der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Anordnung zur Betätigung der Schalteinrichtungen eingesetzt werden. Dies bedeutet, dass zum Beispiel mehrere elektrische Aktuatoren in einem gemeinsamen Modul angeordnet sind. Neben den Aktuatoren können auch die zugehörige Leistung- und/oder Steuerelektronik ebenfalls in dem Modul untergebracht werden. Wenn der Aktuator über einen Drehübertrager, wie z. B. einem Schleifringübertrager, einem induktiven Übertrager oder dergleichen, mit dem zugehörigen Steuergerät verbunden ist, kann auch dieser Drehübertrager in dem Modul untergebracht werden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Prinzipansicht einer ersten Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Anordnung; und
2 eine Prinzipansicht einer zweiten Ausführungsvariante der Anordnung.
In den 1 und 2 sind schematisch zwei unterschiedliche Ausführungsvarianten einer Anordnung zur Betätigung einer Schalteinrichtung eines Getriebes dargestellt, wobei die einzelnen Bauteile nur schematisch angedeutet sind. Die erfindungsgemäße Anordnung kann unabhängig von der jeweiligen Ausführungsvariante bei beliebigen Getrieben, wie z. B. Doppelkupplungsgetriebe, automatisierten Schaltgetrieben, Planetengetrieben oder dergleichen, eingesetzt werden. Auch die Art der Schalteinrichtung und der Betätigungseinrichtungen kann beliebig gewählt werden, wobei die beispielhaften Ausführungsvarianten anhand einer elektromechanischen Betätigungseinrichtung beschrieben werden.
Unabhängig von der jeweiligen Ausführungsvariante ist die als Linearstelleinheit vorgesehene Betätigungseinrichtung 1 vorzugsweise wenigstens zum Teil in einer Welle, z. B. einer Vorgelegewelle eines Doppelkupplungsgetriebes, angeordnet. Die Betätigungseinrichtung 1 wird über ein z. B. gehäuseseitig befestigtes Steuergerät 11 angesteuert, um zum Beispiel eine Schalteinrichtung 2, wie zum Beispiel eine Schaltklaue, zu betätigen. Mit der Schalteinrichtung 2 kann zumindest ein der Welle zugeordnetes Gangzahnrad geschaltet werden.
Die Betätigungseinrichtung 1 umfasst bei den gezeigten Ausführungsvarianten als elektromechanischen Aktuator einen Elektromotor 3 mit einem Spindeltrieb 4. Der Spindeltrieb 4 ist erfindungsgemäß über zumindest einen Energiespeicher mit der Schalteinrichtung 2 gekoppelt. Auf diese Weise kann die durch den Elektromotor 3 aufgebrachte Betätigungsenergie in dem z. B. als Federelement 5 ausgebildeten Energiespeicher zwischengespeichert werden, bevor die Schalteinrichtung 2 betätigt wird. Somit ergibt sich eine kompakte, leichte Bauweise, da der elektromechanische Aktuator nicht für die Betäti gungsleistung ausgelegt werden muss, sondern mit Hilfe des einen oder mehrerer Federelemente mechanische Energie sehr schnell freisetzen kann. Demzufolge kann der Aktuator kleiner dimensioniert werden, da dieser zum Spannen des Federelements mehr Zeit zur Verfügung hat, als dies zum direkten Betätigen der Schalteinrichtung akzeptabel wäre.
Bei der in 1 gezeigten Ausführungsvariante ist der Schalteinrichtung 2 eine Arretierung zum Halten der Schalteinrichtung 2 in einer Neutralposition 6 und in einer Schaltposition 7 zugeordnet. Die Arretierung umfasst ein gehäuseseitiges Riegelelement 8, welches zum Halten der Neutralposition 6 oder der Schaltposition 7 mit einer korrespondierenden Ausnehmung 9, 10 in Formschluss gebracht bzw. verrastet werden kann. Die Ausnehmungen 9, 10 sind an der Schalteinrichtung 2 vorgesehen. In 1 ist das Riegelelement 8 in Formschluss mit der Ausnehmung 9, welches der Neutralposition 6 der Schalteinrichtung 2 entspricht. Somit kann die Betätigungsenergie, welche von dem Elektromotor 3 aufgebracht wird, von dem Federelement 5 gespeichert werden, indem das Federelement 5 gespannt wird. Da die Schalteinrichtung 2 durch das Riegelelement 8 zunächst in der Neutralposition gehalten wird, kann die Betätigungsenergie auf das Federelement 5 aufgebracht werden. Erst wenn der Schaltbefehl erfolgt, kann die Betätigungsenergie durch das Lösen der Arretierung sehr schnell von dem Federelement 5 freigegeben werden. In diesem Fall wirkt das Federelement 5 als Druckfeder.
Im umgekehrten Fall, wenn die Schalteinrichtung 2 in der Schaltposition 7 arretiert ist, in dem das Riegelelement 8 formschlüssig in der Ausnehmung 10 der Schalteinrichtung 2 aufgenommen ist, ist das Federelement 5 als Zugfeder ausgelegt. Dadurch kann auch in diesem Fall ein vollständiges Speichern der erforderlichen Betätigungsenergie erfolgen, so dass die Betätigungsenergie auch hier sehr schnell von dem Federelement 5 freigegeben wird, um die Schalteinrichtung 2 von der Schaltposition 7 in die Neutralposition 6 zu bewegen.
Bei der gemäß 2 dargestellten zweiten Ausführungsvariante ist im Unterschied zur ersten Ausführungsvariante vorgesehen, dass zwei Riegelelemente 8, 8' gehäuseseitig angeordnet sind, die mit nur einer Ausnehmung 9 zum Arretierung der Schalteinrichtung 2 in Formschluss bringbar sind. Das erste Riegelelement 8 ist bei der zweiten Ausführungsvariante der Neutralposition 6 der Schalteinrichtung 2 zugeordnet. Das zweite Riegelelement 8' ist der Schaltposition 7 zugeordnet. Die Funktionsweise ist ansonsten im Wesentlichen identisch mit der ersten Ausführungsvariante und wird deshalb hier nicht weiter beschrieben.
Die Betätigung der Riegelelemente 8, 8' kann unabhängig von der jeweiligen Ausführungsvariante in Abhängigkeit der Position des Aktuators oder auch in Abhängigkeit der Kraft beziehungsweise des Drehmomente des Aktuators erfolgen, wobei die Betätigungsrichtung 1 des jeweiligen Riegelelementes 8, 8' durch einen Doppelpfeil in den 1 und 2 angedeutet ist. Beispielsweise kann jedes Riegelelement 8, 8' federbelastet sein, so dass es in die jeweilige Ausnehmung 9, 10 einrasten kann. Die von dem Aktuator abhängige Betätigung kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass bei Erreichen einer bestimmten Position, einer bestimmten Kraft oder eines bestimmten Drehmomentes zum Beispiel durch Formschluss oder dergleichen eine entsprechende Betätigung des jeweiligen Riegelelements 8, 8' erfolgt. Es ist auch möglich, dass eine separate Aktorik für z. B. jedes Riegelelement 8, 8' vorgesehen ist, um es bei Bedarf zu betätigen.

1: Betätigungseinrichtung
2: Schalteinrichtung
3: Elektromotor
4: Spindeltrieb
5: Federelement
6: Neutralposition
7: Schaltposition
8, 8': Riegelelement
9: Ausnehmung
10: Ausnehmung
11: Steuergerät

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 4325964 [0002]
- DE 10302502 A1 [0002]
- DE 10206584 A1 [0003]
- DE 102006049274 [0004]

Claims

Anordnung zur Betätigung zumindest einer Schalteinrichtung (2) eines Getriebes mit einer Betätigungseinrichtung (1), welche zumindest teilweise im Inneren einer Welle angeordnet ist, der zumindest ein zu schaltendes Gangzahnrad zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Betätigungseinrichtung (1) zumindest ein Energiespeicher zum Zwischenspeichern von Betätigungsenergie zugeordnet ist.
Betätigungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung (1) zumindest einen elektromechanischen Aktuator umfasst, der über zumindest ein Federelement (5) mit der Schalteinrichtung (2) gekoppelt ist.
Betätigungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalteinrichtung (2) zumindest eine Arretierung zum Halten der Schalteinrichtung (2) in einer Neutralposition (6) und/oder in einer Schaltposition (7) zugeordnet ist.
Betätigungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (5) als Druckfeder und/oder als Zugfeder ausgebildet ist.
Betätigungsanordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Arretierung zumindest ein gehäuseseitiges Riegelelement (8, 8') umfasst, welches zum Halten der Neutralposition (6) und/oder der Schaltposition (7) mit zumindest einer schalteinrichtungsseitigen Ausnehmung (9, 10) in Wirkverbindung bringbar ist.
Betätigungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigung des jeweiligen Riegelelements (8, 8') in Abhängigkeit der Position des Aktuators und/oder der Kraft beziehungsweise des Drehmoments des Aktuators durchführbar ist.
Betätigungsanordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass für die Betätigung des jeweiligen Riegelelements (8, 8') zumindest eine separate Aktorik vorgesehen ist.
Betätigungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das die als Schaltklaue ausgebildete Schalteinrichtung (2) in ihrer Neutralposition (6) und/oder in ihrer Schaltposition (7) durch einen Klauenhinterschnitt gehalten ist.
Betätigungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator als Linearstelleinheit einen Elektromotor (3) mit einem Spindeltrieb (4) umfasst.
Betätigungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (3) mit einem Steuergerätes (11) über einen Drehübertrager gekoppelt ist.
Betätigungsanordnung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (3) positions- und/oder kraftgeregelt beziehungsweise -gesteuert ist.
Betätigungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest jeder Aktuator der Betätigungseinrichtung (1) in einem Modul im Inneren der Welle angeordnet ist.