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Die Erfindung betrifft eine Betätigungsvorrichtung insbesondere zum Betätigen eines Getriebes zum Auswählen einer Übersetzungsstufe und zum Ein- und Auslegen der ausgewählten Übersetzungsstufe und/oder zum Betätigen einer Kupplung.
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Bei Fahrzeuggetrieben werden die Drehzahlübersetzungen zwischen einer Getriebeeingangswelle und einer Getriebeausgangswelle durch Zahnradpaare gebildet. Dabei sind Ausführungen beispielsweise als Stirnradgetriebe bekannt. Die Schaltung des Getriebes erfolgt hierbei durch eine Schaltmechanik im Getriebe. Diese Schaltmechanik ist bei einem manuell geschalteten Getriebe über ein Gestänge oder einen Seilzug mit einem Schalthebel verbunden. Bei automatisierten Getrieben erfolgt die Betätigung der Schaltmechanik mittels einer Betätigungsvorrichtung, die einen Aktuator für das Auswählen der Übersetzungsstufe und einen Aktuator für das Einlegen bzw. das Auslegen der Übersetzungsstufe.
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Bei den oben genannten Stirnradgetrieben wird üblicher Weise ein Drehmoment von einem Antriebsmotor des Fahrzeugs über eine Kupplung auf die Getriebeeingangswelle übertragen. Dabei sind üblicher Weise auf der Getriebeeingangswelle Zahnräder der einzelnen Übersetzungsstufen montiert. Die Getriebeausgangswelle ist parallel zur Getriebeeingangswelle angeordnet und weist ebenso Zahnräder für die jeweilige Übersetzungsstufe auf. Die Zahnräder beider Wellen bilden Paare und greifen ineinander. Diese Zahnräder sind auf den beiden Wellen, je nach Bauart, fest montiert oder frei drehend aber axial fixiert. Um einen Kraftschluss zwischen der Welle und den frei drehenden Zahnrädern herzustellen, werden diese mit einer Klauenkupplung auf der Welle fixiert. Eine Klauenkupplung ist auf der Welle radial fixiert und kann aber axial verschoben werden.
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Zum Einlegen einer Übersetzungsstufe muss zuerst eine Übersetzungsstufe ausgewählt werden, die eingelegt werden soll. Für das Einlegen der Übersetzungsstufe, also für den Schaltvorgang, wird die für die ausgewählte Übersetzungsstufe vorgesehene Klauenkupplung von der Schaltgabel gegen ein Zahnrad gedrückt. Rasten die Zahnprofile ein, ist der Gang eingelegt.
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Bei heute verwendeten Getrieben sind die Zahnradpaare paarweise angeordnet, so dass die Schaltgabel in der einen Richtung betätigt eine erste Übersetzungsstufe einlegt und in der entgegengesetzten Betätigungsrichtung eine zweite Übersetzungsstufe einlegt. Werden mehrere solcher Paare von Zahnradpaaren vorgesehen, so können diese beispielsweise mittels Schaltstangen betätigt werden, wobei das Auswählen der Schaltstange einen ersten Betätigungsprozess benötigt und das Bewegen der Schaltstange in eine ausgewählte Richtung einen zweiten Betätigungsprozess verlangt.
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Bei Handschaltgetrieben resultiert diese Konstruktion typischer Weise in einem H-Schaltschema, in welchem ein Schalthebel in einer Wählgasse zwischen Schaltgassen zum Wählen bewegt werden kann, wobei in diesem Schritt die Schaltstange ausgewählt wird. Ein Schalten der Übersetzungsstufe erfolgt dann durch ein Bewegen des Schalthebels in der ausgewählten Schaltgasse, wobei dann die Schaltstange betätigt wird.
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Bei heute bekannten Betätigungsvorrichtungen ist ein erster Aktuator vorgesehen, welcher beispielsweise über einen Wählfinger die zu betätigende Schaltstange auswählt, wobei ein zweiter Aktuator vorgesehen ist, um den Wählfinger in die eine oder andere Richtung zu verdrehen, um die zuvor ausgewählte Übersetzungsstufe einzulegen.
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Die Schaltung eines Getriebes verlangt daher eine Betätigungsvorrichtung mit zwei Aktuatoren. Da diese Aktuatoren typischer Weise als Elektromotoren ausgebildet sind, sind sie relativ teuer und weisen ein erhebliches Gewicht auf.
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Alternativ sind durch die
DE 10 2004 038 955 A1 eine Betätigungsvorrichtung bekannt geworden, die mit nur einem Elektromotor ausgebildet ist und dennoch zwei Betätigungsarten ansteuern kann. Dabei ist eine Anordnung von Sperrklinken vorgesehen, welche eine Betätigungsart sperrt, während die andere betätigt wird. Diese Gestaltungen sind jedoch sehr aufwändig hinsichtlich der verwendeten Teile und die Sperrklinken sind sehr verschleißsensibel, was die kosten erhöht.
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Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Betätigungsvorrichtung zu schaffen, mittels welcher Übersetzungsstufen eines Getriebes ausgewählt du eingelegt werden können und/oder zumindest eine Kupplung betätigt, wie ein- und ausgerückt werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung sieht eine Betätigungsvorrichtung vor, insbesondere zum Betätigen eines Getriebes zum Auswählen einer Übersetzungsstufe und zum Ein- und Auslegen der ausgewählten Übersetzungsstufe und/oder zum Betätigen einer Kupplung, mit einem Antriebsrad und einem Gassenelement, wobei das Gassenelement als im Wesentlichen ringförmiges Element mit einer zentralen Ausnehmung zur Aufnahme des Antriebsrads ausgebildet ist und zumindest zwei Gassen aufweist, die sich von der zentralen Ausnehmung nach radial außen erstrecken, wobei das Antriebsrad in der Ausnehmung aufgenommen ist und einen Schieber aufweist, welcher in eine Gasse eingreifen kann. Dadurch kann in einer einfachen Weise eine Betätigungsvorrichtung geschaffen werden, die den obigen Anforderungen genügt.
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Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn durch eine Bewegung des Antriebsrads in einer Drehrichtung relativ zum Gassenelement die Gasse auswählbar ist, in die der Schieber einführbar ist und durch eine Bewegung des Antriebsrads in einer entgegengesetzten Drehrichtung relativ zum Gassenelement der Schieber die ausgewählte Gasse einführbar ist. So kann mittels einer Drehrichtung der Wählvorgang durchgeführt werden und mittels des gleichen Elements aber bei umgekehrter Drehrichtung wird in der ausgewählten Gasse eine Betätigung vorgenommen.
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Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Schieber beim Einführen in eine Gasse ein Betätigungsmittel betätigen kann, zum Betätigen einer Kupplung und/oder zum einlegen einer Übersetzungsstufe eines Getriebes. So kann mittels eines Betätigungsmittels, welches unmittelbar oder durch eine Übertragungsstrecke wirkt, eine Übersetzungsstufe eingelegt werden oder eine Kupplung betätigt werden.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Betätigungsmittel in der Gasse angeordnet ist oder an einem radial äußeren Ausgang oder radial außerhalb der Gasse angeordnet ist. Bei der Anordnung des Betätigungsmittels in der Gasse kann eine direkte Betätigung erfolgen, die beispielsweise durch Verschieben eines Kolbens oder ähnliches erfolgen kann. Ist das Betätigungsmittel außerhalb der Gasse angeordnet, so kann auch dort ein zu betätigendes Element angeordnet sein.
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Auch ist es zweckmäßig, wenn der Schieber ein elastisches Schieberelement aufweist, welches an einem Endbereich an dem Antriebsrad befestigt angeordnet ist. Das Schieberelement ist dabei bevorzugt in der Längsrichtung im Wesentlichen steif ausgebildet, um Druckkräfte übertragen zu können, wobei es senkrecht zur Längsrichtung elastisch und/oder flexibel ist, um sich durch Biegung an die Kontur zwischen Antriebsrad und Gassenelement anpassen zu können.
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Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn die Gassen ausgehend von einer Außenkontur der Aufnahme in tangentialer Richtung sich nach radial außen erstrecken. Dadurch kann ein erleichtertes einführen des Schieberelements erfolgen.
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Auch ist es zweckmäßig, wenn die Gassen als Kanäle, insbesondere als Bohrungen, ausgebildet sind. Dabei ist es zweckmäßig, wenn die Kanäle geradlinig ausgebildet sind, was eine erleichterte Herstellbarkeit bewirkt.
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Auch ist es zweckmäßig, wenn das Gassenelement zumindest in einer Schnittebene auf Höhe der Gassen im Wesentlichen dreiecksförmige Segmente aufweist. Dies ist deshalb vorteilhaft, weil dadurch eine optimierte Aneinanderreihung der Gassen am inneren Umfang des Gassenelements mit ihren radial innen liegenden Öffnungen erfolgt.
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Dabei ist es vorteilhaft, wenn das Antriebsrad und/oder das Gassenelement mittels eines Antriebsmittels verdrehbar ist. Als Antriebselement steht vorteilhaft ein Elektromotor zur Verfügung. Dadurch kann die Positionierung des Schiebers vor einer Gasse und das ein- bzw. Ausführen des Schiebers aus der Gasse vorteilhaft gesteuert werden.
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Dazu weist die Betätigungsvorrichtung vorzugsweise eine Steuervorrichtung zur Ansteuerung des Antriebsmittels auf. So kann die Betätigungsvorrichtung als Baueinheit eingesetzt werden.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den zugehörigen Figuren näher erläutert:
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Dabei zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer Betätigungsvorrichtung in einer ersten Betätigungsposition,
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2 eine schematische Darstellung einer Betätigungsvorrichtung in einer zweiten Betätigungsposition,
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3 eine schematische Darstellung einer Betätigungsvorrichtung in einer dritten Betätigungsposition, und
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4 eine schematische Darstellung einer Betätigungsvorrichtung in einer vierten Betätigungsposition.
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Die 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Betätigungsvorrichtung 1, insbesondere zum Betätigen eines Getriebes zum Auswählen einer Übersetzungsstufe und zum Ein- und/oder Auslegen der ausgewählten Übersetzungsstufe und/oder zum Betätigen einer Kupplung, wie zum Ein- und/oder Ausrücken der Kupplung.
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Die Betätigungsvorrichtung 1 ist mit einem Antriebsrad 2 und einem Gassenelement 3 ausgebildet. Das Gassenelement 3 ist dabei als im Wesentlichen ringförmiges Element 4 mit einer zentralen Ausnehmung 5 ausgebildet. Die Ausnehmung 5 dient der Aufnahme des Antriebsrads 2 im inneren Bereich des Gassenelements 3.
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Das Gassenelement 3 weist eine Anzahl von Gassen 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 und 13 auf. Die Gassen 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 und 13 erstrecken sich dabei von der radial innen liegenden, zentralen Ausnehmung 5 nach radial außen bis zu einem außenliegenden Rand des Gassenelements 3.
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Das Antriebsrad 2 ist bevorzugt um eine Achse 14 drehbar gelagert und weist einen Schieber 15 auf, welcher an einem Endbereich 18 mit dem Antriebsrad 2 verbunden ist.
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Der Schieber 15 ist derart gestaltet, dass er in eine der Gassen 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 und 13 einführbar ist. Dazu ist das Antriebsrad 2 in einer Drehrichtung 16 verdrehbar gestaltet, so dass eine Verdrehung relativ zum Gassenelement 3 erfolgt und dadurch das vordere Ende 18‘ des Schiebers vor bzw. in eine Gasse des Gassenelements 3 positionierbar ist. Durch eine Bewegung des Antriebsrads 2 in eine entgegengesetzte Drehrichtung 16‘ ist der Schieber 15 in die ausgewählte Gasse des Gassenelements 3 einführbar.
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Bevorzugt sind in den Gassen Betätigungsmittel 17 angeordnet, die durch einen Endbereich 18‘ des Schiebers betätigbar sind, um eine Kupplung zu betätigen, wie insbesondere ein- oder auszurücken und/oder um eine Übersetzungsstufe eines Getriebes ein- und/oder auszulegen.
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Dabei ist es bevorzugt, wenn das Betätigungsmittel 17 in einer Gasse 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 und 13 angeordnet ist. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung kann das Betätigungsmittel 17 aber auch an einem radial äußeren Ausgang einer Gasse 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 und 13 angeordnet sein oder radial außerhalb der Gasse 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 und 13 selbst angeordnet sein. Bei diesem Ausführungsbeispiel wäre das Betätigungsmittel 17 somit außerhalb des Gassenelements 3 angeordnet und beispielsweise mit diesem verbunden.
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Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung kann das Betätigungsmittel 17 direkt mit dem Getriebe und/oder mit der Kupplung zum Betätigen verbunden sein, oder zwischen dem Betätigungsmittel und dem Getriebe bzw. der Kupplung können Übertragungsmittel vorgesehen sein, die zwischen dem Betätigungsmittel 17 und dem jeweiligen zu betätigenden Element vorgesehen sein können. Solche Übertragungsmittel können beispielsweise mechanische Übertragungsmittel sein, wie Schubstangen, Hebel, Bodenzüge etc. oder es können Druckmittelübertragungsmittel vorgesehen sein, wie beispielsweise Hydraulikverbindungen mit einem Geberzylinder und einem Nehmerzylinder oder ähnlichem.
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Der Schieber 15 ist bevorzugt durch ein elastisches und/oder flexibles Schieberelement ausgebildet, welches, bevorzugt in Längsrichtung gesehen, steif ist und eine Druckkraft übertragen kann, wobei der Schieber in einer Richtung senkrecht zur Längsrichtung elastisch und/oder flexibel ausgebildet ist, um eine Krümmung annehmen zu können, um den räumlichen Gegebenheiten in der Ausnehmung 5 zwischen dem Antriebsrad 2 und dem Gassenelement 3 angepasst aufgenommen werden zu können.
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Dabei kann ein mittlerer Bereich des Schiebers 15 als flexibles Schieberelement ausgebildet sein, wobei ein vorderer Bereich 18‘, beispielsweise als Druckübertragungsbereich, massiv oder stabil ausgebildet sein kann und ein hinterer Bereich 18 mit einem Verbindungsmittel vorgesehen sein kann, um den Schieber 15 mit dem Antriebsrad 2 zu verbinden.
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Die Gassen 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 und 13 sind bevorzugt von einer Außenkontur 19 der Ausnehmung 5 bzw. von einer Innenkontur des Gassenelements 3 in tangentialer Richtung nach radial außen ausgebildet, wobei sie sich bevorzugt geradlinig in tangentialer Richtung erstrecken, so dass sie sich von der Innenkontur des Gassenelements 3 zur Außenkontur des Gassenelements 3 erstrecken. Bevorzugt sind die Gassen 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 und 13 als Kanäle ausgebildet, insbesondere als Bohrungen.
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Dabei ist es bevorzugt, wenn das Antriebsrad 2 als zylindrisches Element ausgebildet ist oder als scheibenförmiges Element ausgebildet ist und das Gassenelement 3 als hohlzylindrisches Element bzw. als ringförmiges scheibenartiges Element, wobei die Gassen 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 und 13 entweder als Kanäle oder Bohrungen durch das hohlzylindrische Gassenelement 3 oder als Kanäle durch das ringförmige Gassenelement 3 durchgreifen. Dabei kann das Gassenelement 3 auch mehrteilig ausgebildet sein, so dass beispielsweise in einem unteren Teil eingeprägte Kanalstrukturen vorgesehen sind, die durch eine aufgelegte Platte abgeschlossen werden, so dass geschlossene Kanäle als Gassen gebildet werden.
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Wie zu erkennen ist, ist das Gassenelement 3 in einer Schnittebene auf Höhe der Gassen 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 und 13 im Wesentlichen aus dreieckförmigen Segmenten 20 ausgebildet. Derart, dass jeweils zwei dreieckförmige Segmente 20 zwischen sich eine Gasse 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 und 13 bilden und die vorderen Bereiche der dreieckförmigen Elemente derart verdreht relativ zueinander angeordnet sind, so dass ein im Wesentlichen runder Bereich entsteht, der als zentrale Ausnehmung des Gassenelements 3 dient.
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Zum Antrieb des Antriebsrads 2 und/oder des Gassenelements 3 dient bevorzugt ein Elektromotor, so dass entweder das Antriebsrad 2 verdrehbar ist und Gassenelement 3 fest steht, oder das Antriebsrad 2 fest steht und das Gassenelement 3 verdrehbar ist. Der Antriebsmotor 21 kann dabei beispielsweise die Drehachse des Antriebsrads 2 verdrehen, wobei das Antriebsrad 2 bevorzugt mit der Achse drehfest verbunden ist. Alternativ kann auch das Gassenelement 3 über eine Drehachse mit einem Antriebsmotor verbunden sein, um das Gassenelement 3 zu verdrehen, wobei in diesem Ausführungsbeispiel es bevorzugt ist, wenn das Antriebsrad 2 dann still steht, beispielsweise gehäusefest in einer Vorrichtung angeordnet ist.
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Zur Steuerung der Gangauswahl ist es weiterhin bevorzugt, wenn eine Steuervorrichtung 22 vorgesehen ist, um die Stellung des Antriebsrads 2 relativ zum Gassenelement 3 gesteuert verdrehen zu können.
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In der 1 ist der Schieber 15 in der Gasse 10 angeordnet. Die Gasse 10 soll beispielsweise die Gasse sein für die Betätigung des ersten Ganges als Übersetzungsstufe in einem Getriebe. Die 1 zeigt, dass der Schieber 15 im Wesentlichen vollständig in der Gasse 10 angeordnet ist. Wird nun das Antriebsrad 2 in Drehrichtung 16 verdreht, so wird der Schieber 15 aus der Gasse 10 herausgezogen, so dass sich der Schieber gemäß 2 im Wesentlichen im Bereich der zentralen Ausnehmung 5 gekrümmt angeordnet befindet. Wird anschließend das Antriebsrad 2 weiter verdreht, siehe 3, ist der Schieber 15 mit seinem Endbereich 18‘ vor der Öffnung 23 der Gasse 6 angeordnet. In dieser Position wird das Antriebsrad 2 angehalten und es erfolgt eine Drehung des Antriebsrads 2 in der Drehrichtung 16‘, um den Schieber 15 in die Gasse 6 einzuführen. Dies ist in 4 dargestellt. In dieser Betätigungssituation kann das Antriebsrad 2 so weit in Drehrichtung 16‘ verdreht werden, bis der Schieber 15 vollständig in der Gasse 6 eingeführt ist und ein Betätigungsmittel 17 am Ende der Gasse 6 betätigen kann.
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Im Ausführungsbeispiel der 1 bis 4 ist die Gasse 6 beispielsweise die Betätigungsgasse zur Betätigung des zweiten Ganges als Übersetzungsstufe des Getriebes. Die anderen Gassen sind beispielsweise Gassen anderer Gänge, wobei es bevorzugt ist, wenn die Gänge mit gerader Ganganzahl in Umdrehungsrichtung des Gassenelementes nebeneinander angeordnet sind, anschließend die Gänge der geraden Ganganzahl und dazwischen beispielsweise eine Gasse des Rückwärtsganges.
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So ist beispielsweise die Gasse 10 die Gasse für den ersten Gang als Übersetzungsstufe, die Gasse 9 die Gasse für den dritten Gang als Übersetzungsstufe, die Gasse 8 die Gasse für den fünften Gang als Übersetzungsstufe, die Gasse 7 die Gasse für den siebten Gang als Übersetzungsstufe und die Gasse 6 die Gasse für den zweiten Gang der Übersetzungsstufe, die Gasse 13 die Gasse für den vierten Gang der Übersetzungsstufe und die Gasse 12 für die Gasse des sechsten Gangs als Übersetzungsstufe. Die Gasse 11 bildet dann beispielsweise eine Gasse für den Rückwärtsgang des Getriebes.
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Bei der Anwendung für ein Doppelkupplungsgetriebe kann es vorteilhaft sein, wenn für jeden Getriebeteil und für jede Kupplung eine gesonderte Betätigungsvorrichtung vorgesehen ist. So kann beispielsweise für die Gänge 1, 3, 5 und 7 sowie für die diesbezügliche Teilkupplung K1 des Doppelkupplungsgetriebes eine erste Betätigungsvorrichtung vorgesehen sein und für die Gänge 2, 4, 6 und den Rückwärtsgang R sowie für die diesbezügliche Teilkupplung K2 des Doppelkupplungsgetriebes eine zweite Betätigungsvorrichtung.
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In anderen Ausführungsbeispielen können auch andere Gangkombinationen zusammen angeordnet sein, um von einer ersten Betätigungsvorrichtung betätigt zu werden bzw. von einer zweiten Betätigungsvorrichtung betätigt zu werden, so dass insgesamt ein Doppelkupplungsgetriebe mit zwei getrennten Betätigungsvorrichtungen zum Schalten verschiedener Übersetzungsstufen als Getriebegänge sowie zur Betätigung der beiden Teilkupplungen betätigt werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Betätigungsvorrichtung
- 2
- Antriebsrad
- 3
- Gassenelement
- 4
- Ringförmiges Element
- 5
- Zentrale Ausnehmung
- 6
- Gasse
- 7
- Gasse
- 8
- Gasse
- 9
- Gasse
- 10
- Gasse
- 11
- Gasse
- 12
- Gasse
- 13
- Gasse
- 14
- Achse
- 15
- Schieber
- 16
- Drehrichtung
- 16‘
- Drehrichtung
- 17
- Betätigungsmittel
- 18
- Endbereich
- 18‘
- vorderer Bereich
- 19
- Außenkontur
- 20
- Segment
- 21
- Antriebsmittel, -motor
- 22
- Steuervorrichtung
- 23
- Öffnung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004038955 A1 [0009]
