DE102008006009A1 - Getriebesteller - Google Patents

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DE200810006009
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Mike Heurich
Reiner HÖLSCHER
Andreas Sievers
Tino Wiggers
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ZF CV Systems Hannover GmbH
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16HGEARING
    • F16H61/00Control functions within control units of change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion ; Control of exclusively fluid gearing, friction gearing, gearings with endless flexible members or other particular types of gearing
    • F16H61/26Generation or transmission of movements for final actuating mechanisms
    • F16H61/28Generation or transmission of movements for final actuating mechanisms with at least one movement of the final actuating mechanism being caused by a non-mechanical force, e.g. power-assisted
    • F16H61/30Hydraulic or pneumatic motors or related fluid control means therefor
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16H61/30Hydraulic or pneumatic motors or related fluid control means therefor
    • F16H2061/307Actuators with three or more defined positions, e.g. three position servos

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Getriebesteller mit einem Pneumatikzylinder (10), der einen Zentralkolben (12) besitzt, der zwischen einer ersten äußerenhrbar ist, und einem Federpaket (14), das ausgebildet ist, um den Zentralkolben (12) in eine Mittelser zweiten äußeren Stellung vorzuspannen. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Pneumatikzylinder (10) so mit Druckluft beaufschlagbar ist, dass der Zentralkolben (12) in die Mittelstellung fixierbar ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Getriebesteller mit einem Pneumatikzylinder, der einen Zentralkolben, der zwischen einer ersten äußeren Stellung und einer zweiten äußeren Stellung verfahrbar ist und ein Federpaket besitzt, das ausgebildet ist, um den Zentralkolben in eine Mittelstellung zwischen der ersten äußeren Stellung und der zweiten äußeren Stellung vorzuspannen.
  • Derartige Getriebesteller kommen bei automatisch betätigten Getrieben zum Einsatz und schalten insbesondere die Gänge und die Gasse des Getriebes. Soll das Getriebe in eine andere Übersetzung geschaltet werden, wobei die Gasse gewechselt werden muss, so wird der Pneumatikzylinder entlüftet, also druckfrei geschaltet. Dadurch drückt das Federpaket den Zentralkolben in die Mittelstellung, so dass die Gasse gewechselt werden kann. Wenn keine Druckluft anliegt, bringt das Federpaket den Zentralkolben zudem in die Mittelstellung, so dass bei einem Druckluftausfall eine definierte Stellung im Getriebe vorliegt.
  • Nachteilig an bekannten Getriebestellern ist, dass sie viel Bauraum benötigen und schwer sind. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen leichteren und kleiner bauenden Getriebesteller vorzuschlagen.
  • Die Erfindung löst das Problem durch einen gattungsgemäßen Getriebesteller, bei dem der Pneumatikzylinder so mit Druckluft beaufschlagbar ist, dass der Zentralkolben in die Mittelstellung fixierbar ist.
  • Vorteilhaft an der erfindungsgemäßen Lösung ist, dass sie weniger Bauraum benötigt. Sie ist zudem leichter, spricht schneller an und hat einen geringeren Energieverbrauch.
  • Unter dem Merkmal, dass der Zentralkolben mittels des Federpakets in eine Mittelstellung zwischen der ersten äußeren Stellung und der zweiten äußeren Stellung vorgespannt wird, ist insbesondere zu verstehen, dass die Mittelstellung genau hälftig zwischen den beiden äußeren Stellungen liegen kann, was aber nicht sein muss.
  • Unter dem Merkmal, dass der Zentralkolben durch Beaufschlagung mit Druckluft in die Mittelstellung fixierbar ist, ist insbesondere zu verstehen, dass der Pneumatikzylinder so mit Druckluft beaufschlagbar ist, dass sich die Mittelstellung mittels der Druckluft selbsttätig einstellt und ein Auslenken aus der Mittelstellung eine Kraft erfordert. Die Mittelstellung stellt sich dabei insbesondere passiv ein, d. h., dass die Druckluftzufuhr nicht geregelt wird.
  • Bei pneumatisch getätigten Getrieben ist es unabdingbar, dass der Getriebesteller bei Druckluftausfall eine definierte Position einnimmt. Aus diesem Grund wird stets ein Federpaket vorgesehen, das den Pneumatikzylinder in die Mittelstellung bringt. Da ohnehin ein Federpaket benötigt wird, um der Forderung nach einer definierten Neutralposition nachzukommen, bietet es sich an, dieses Federpaket zugleich zum Einstellen der Mittelstellung, die der Neutralstellung entspricht, zu verwenden.
  • Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass es vorteilhaft ist, davon abzugehen und trotz des vorhandenen Federpakets den Pneumatikzylinder so auszubilden, dass er mittels Druckluft in die Mittelstellung fixierbar ist. In anderen Worten wird der Pneumatikzylinder als 3-Stellungs-Pneumatikzylinder ausgebildet. Das bedeutet zwar einen erhöhten Fertigungsaufwand und führt zu mehr beweglichen Teilen, was in der Regel vermieden werden soll. Diese Nachteile werden jedoch dadurch ausgeglichen, dass der Pneumatikzylinder kleiner und damit leichter ausgelegt werden kann. Er muss nämlich nicht mehr gegen ein starkes Federpaket arbeiten, sondern nur gegen ein schwächer dimensioniertes. Aus diesem Grund kann der Pneumatikzylinder zudem einen kleineren Querschnitt aufweisen, da bei gegebenem Luftdruck der Druckluft nur eine geringere Kraft des Federpakets überwunden werden muss.
  • Entgegen der Erwartung sinkt zudem der Energieverbrauch. Das Federpaket stellt ein passives Bauteil dar. Passive Bauteile haben keinen Energieverbrauch. Wird ein passives Bauteil schwächer ausgelegt, so wäre zu erwarten, dass der Energieverbrauch steigt. Das ist aber im vorliegenden Getriebesteller nicht der Fall, vielmehr sinkt der Energieverbrauch aufgrund des oben beschriebenen Effekts.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform besitzt der Pneumatikzylinder ein Zylindergehäuse, in dem der Zentralkolben geführt ist, mindestens einen Schleppkolben, einen ersten Druckluftanschluss und einen zweiten Druckluftanschluss, wobei der Pneuma tikzylinder durch Anlegen von Druckluft gleichzeitig an den ersten und den zweiten Druckluftanschluss in die Mittelstellung bringbar ist. Besonders bevorzugt ist ein Pneumatikzylinder mit genau einem Schleppkolben. Dieser ist besonders einfach aufgebaut und damit einfach zu fertigen.
  • Ein besonders kompakter Getriebesteller wird erhalten, wenn das Federpaket in dem Pneumatikzylinder angeordnet ist. Hierunter ist insbesondere zu verstehen, dass der Pneumatikzylinder von einem Gehäuse des Pneumatikzylinders umgeben und damit nicht von außen direkt zugänglich ist. Vorteilhaft hieran ist zudem, dass das Federpaket etwaigen schädigenden Einflüssen von außen nicht ausgesetzt ist.
  • Besonders bevorzugt ist das Federpaket in einem Zylinder angeordnet und wirkt direkt auf den Zentralkolben. Unter dem Zylinder ist der Hohlraum zu verstehen, in dem der Zentralkolben läuft. Beispielsweise umfasst das Federpaket eine erste Feder und eine zweite Feder, wobei die erste Feder in einem ersten Zylinder-Teilraum, der von dem ersten Druckluftanschluss mit Druckluft versorgt wird, angeordnet ist und wobei die zweite Feder in einem zweiten Zylinder-Teilraum angeordnet ist, der von dem zweiten Druckluftanschluss mit Druckluft versorgt wird. In der Mittelstellung üben beide Federn dann eine Kraft mit jeweils gleichem Betrag aber unterschiedlichem Vorzeichen auf den Zentralkolben aus.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Zentralkolben mit einem Betätigungselement verbunden und ausgebildet zum Schalten einer Gasse eines Getriebes, wobei die Mittelstellung einer neutralen Gassen-Stellung der Gasse entspricht. Es ist für Getriebesteller vorteilhaft, dass ein Druckluftausfall in einem Moment, in dem kein Gang eingelegt ist, stets dazu führt, dass die neutrale Gassen-Stellung eingenommen wird. Das wird bei dem erfindungsgemäßen Getriebesteller sicher erreicht, ohne dass der Pneumatikzylinder unnötig groß ausgelegt werden muss.
  • Alternativ oder additiv ist der Zentralkolben ausgebildet zum Schalten einer Gasse des Getriebes mittels des Betätigungselements, wobei die Mittelstellung einer Neu-tral-Gassen-Stellung der Gasse entspricht. Besonders bevorzugt besitzt der Getriebesteller zwei Pneumatikzylinder, die im Wesentlichen senkrecht zueinander angeordnet sind, wobei der erste Pneumatikzylinder eingerichtet ist, um die Gänge zu schalten und der zweite Pneumatikzylinder ausgebildet ist, um die Gasse zu schalten.
  • Ein besonders leichter Getriebesteller ergibt sich, wenn das Federpaket ausgebildet ist zum Vorspannen des Betätigungselements in die Mittelstellung mit einer vorbestimmten Federkonstante, die kleiner ist als das Dreifache einer Mindest-Federkonstante, die notwendig ist, um das Betätigungselement sicher in der Mittelstellung zu halten. Die Mindest-Federkonstante wird beispielsweise dadurch bestimmt, dass die Federkonstante variiert wird und der Getriebesteller zusammen mit dem Getriebe, an dem er montiert ist, typischen Belastungen, beispielsweise hinsichtlich Vibration, ausgesetzt wird. Aus derartigen Messungen wird bestimmt, ab welcher Federkonstante mit einer vorgegebenen Wahrscheinlichkeit damit zu rechnen ist, dass die Mittelstellung unter äußeren Einflüssen nicht sicher gehalten wird. Die Federkonstante wird dann als kleines Mehrfaches dieser Mindest-Federkonstante gewählt, beispielsweise als das Zwei- bis Fünffache. Es ergibt sich so ein besonders leichter Getriebesteller mit einem besonders geringen Verbrauch an Druckluft.
  • Im Folgenden wird eine Ausführungsform der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt
  • 1 einen Pneumatikzylinder eines Getriebestellers nach dem Stand der Technik und
  • 2 einen Pneumatikzylinder eines erfindungsgemäßen Getriebestellers.
  • 1 zeigt einen Pneumatikzylinder 10 für einen Getriebesteller nach dem Stand der Technik. Der Pneumatikzylinder besitzt einen Zentralkolben 12 und ein Federpaket 14, das den Zentralkolben 12 in die in 1 gezeigte Mittelstellung vorspannt. Durch Einbringen von Druckluft in einen ersten Zylinderraum 16 kann der Zentralkolben 12 in 1 nach rechts verschoben werden. Durch Einbringen von Druckluft in einen zweiten Zylinderraum 18 wird der Zentralkolben 12 hingegen in 1 nach links verschoben. Erster und zweiter Zylinderraum 16, 18 bilden einen Zylinder des Pneumatikzylinders. Am Zentralkolben 12 ist ein Betätigungselement 20 angebracht, mit dem ein Betätigungselement in Form eines Schaltfingers 22 positioniert werden kann.
  • 2 zeigt einen Pneumatikzylinder 10 für einen erfindungsgemäßen Getriebesteller, bei dem der Pneumatikzylinder ein Zylindergehäuse 24 besitzt, das aus einer ersten Zylindergehäusehälfte 26.1 und einen zweiten Zylindergehäusehälfte 26.2 aufgebaut ist. Im Zylindergehäuse 24 ist der Zentralkolben 12 geführt. Zusätzlich läuft im Zylindergehäuse 24 ein Schleppkolben 28, der den Zentralkolben 12 abschnittsweise radial umgibt. Der Schleppkolben 28 ist über eine Dichtung 30.1 gegen die erste Zylindergehäusehälfte 26.1 und durch eine Dichtung 30.2 gegen einen Kolbenkopf 32 des Zentralkolbens 12 abgedichtet. Der Kolbenkopf 32 ist über eine Dichtung 30.3 gegen die zweite Zylindergehäusehälfte 26.2 abgedichtet.
  • Durch Beaufschlagen nur des ersten Zylinderraums 16 mit Druckluft wird der Zentralkolben 12 in 2 so weit nach rechts geschoben, bis er an eine erste Zylinderwand 34 anschlägt. Wird lediglich der zweite Zylinderraum 18 mit Druckluft beaufschlagt, so bewegt sich der Zentralkolben 12 in 2 nach links, bis er an eine zweite Zylinderwand 36 anschlägt. Werden beide Zylinderräume 16, 18 mit dem gleichen Druck beaufschlagt, so stellt sich die in 2 gezeigte Mittelstellung ein, bei der ein Anschlag 38 des Schleppkolbens 28 gerade an einen Gegenanschlag 40 anschlägt, der an der zweiten Zylindergehäusehälfte 26.2 vorgesehen ist.
  • Der Pneumatikzylinder 10 ist so relativ zu einem nicht eingezeichneten Getriebe angeordnet, dass der Schaltfinger 22 sich genau dann in einer neutralen Position befindet, wenn der Pneumatikzylinder in der in 2 gezeigten Mittelstellung ist. Gemäß einer Ausführungsform greifen zwei erfindungsgemäße Pneumatikzylinder über ein Koppelstück gemeinsam am Schaltfinger 22 an, wobei die jeweiligen Wirkrichtungen W, die einer Längsachse des Zentralkolbens 12 entsprechen, im Wesentlichen senkrecht zueinander stehen.
  • Das Federpaket 14 umfasst im in 2 gezeigten Fall lediglich eine Spiralfeder, die eine Federkonstante k besitzt. Diese Federkonstante k ist so gewählt, dass sie die Mittelstellung gerade mit einem Sicherheitszuschlag sicher hält. Auf diese Weise muss nur die geringstmögliche Federkraft von der Druckluft überwunden werden.

Claims (10)

  1. Getriebesteller mit (a) einem Pneumatikzylinder (10), der einen Zentralkolben (12) besitzt, der zwischen einer ersten äußeren Stellung und einer zweiten äußeren Stellung verfahrbar ist, und (b) einem Federpaket (14), das ausgebildet ist, um den Zentralkolben (12) in eine Mittelstellung zwischen der ersten äußeren Stellung und der zweiten äußeren Stellung vorzuspannen, dadurch gekennzeichnet, dass (c) der Pneumatikzylinder (10) so mit Druckluft beaufschlagbar ist, dass der Zentralkolben (12) in die Mittelstellung fixierbar ist.
  2. Getriebesteller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Pneumatikzylinder (10) (i) ein Zylindergehäuse (24), in dem der Zentralkolben (12) geführt ist, (ii) mindestens einen Schleppkolben (28), (iii) einen ersten Druckluftanschluss und einen zweiten Druckluftanschluss umfasst, und (iv) so ausgebildet ist, dass der Pneumatikzylinder (10) durch Anlegen von Druckluft an den ersten Druckluftanschluss und den zweiten Druckluftanschluss in die Mittelstellung bringbar ist.
  3. Getriebesteller nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Pneumatikzylinder (10) genau einen Schleppkolben (28) besitzt.
  4. Getriebesteller nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federpaket (14) in dem Pneumatikzylinder (10) angeordnet ist.
  5. Getriebesteller nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Federpaket in einem Zylinder (16, 18) angeordnet ist und direkt auf den Zentralkolben (12) wirkt.
  6. Getriebesteller nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – der Zentralkolben (12) mit einem Betätigungselement (22) verbunden und ausgebildet ist zum Schalten einer Gasse eines Getriebes und – die Mittelstellung einer neutralen Gassen-Stellung der Gasse entspricht.
  7. Getriebesteller nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – der Zentralkolben (12) mit dem Betätigungselement (22) verbunden ist und ausgebildet ist zum Schalten mindestens eines Gangs eines Getriebes und – die Mittelstellung einer neutralen Gang-Stellung des mindestens einen Gangs entspricht.
  8. Getriebesteller nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit (a) einem zweiten Pneumatikzylinder, der einen zweiten Zentralkolben besitzt, der zwischen einer ersten äußeren Stellung und einer zweiten äußeren Stellung verfahrbar ist, und (b) einem zweiten Federpaket, das ausgebildet ist, um den zweiten Zentralkolben in eine Mittelstellung zwischen der ersten äußeren Stellung und der zweiten äußeren Stellung vorzuspannen, (c) wobei der Pneumatikzylinder so mit Druckluft beaufschlagbar ist, dass der Zentralkolben in die Mittelstellung fixierbar ist und (d) wobei der zweite Pneumatikzylinder eine zweite Wirkrichtung aufweist, die zu einer ersten Wirkrichtung des ersten Pneumatikzylinders im Wesentlichen senkrecht steht.
  9. Getriebesteller nach Anspruch 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Federpaket ausgebildet ist zum Vorspannen des Betätigungselements in die Mittelstellung mit einer vorbestimmten Federkonstante (k), die kleiner ist als das Dreifache einer Mindest-Federkonstante, die notwendig ist, um das Betätigungselement sicher in der Mittelstellung zu halten.
  10. Getriebesteller nach einem der Ansprüche 6 bis 8, gekennzeichnet durch eine elektrische Steuerung, die eingerichtet ist zum – Ermitteln, ob die Gasse gewechselt werden muss und – bejahendenfalls zum Ansteuern des ersten Druckluftanschlusses und des zweiten Druckluftanschlusses so, dass das das Betätigungselement die Mittelstellung einnimmt.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020216238A1 (de) 2020-12-18 2022-06-23 Zf Friedrichshafen Ag Betätigungszylindermodul für ein Fahrzeuggetriebe und Fahrzeuggetriebe

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102020216238A1 (de) 2020-12-18 2022-06-23 Zf Friedrichshafen Ag Betätigungszylindermodul für ein Fahrzeuggetriebe und Fahrzeuggetriebe

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