DE102013213961A1 - Einfacher Ein-Motor-Aktor mit Push-Pull-Funktionalität - Google Patents

Einfacher Ein-Motor-Aktor mit Push-Pull-Funktionalität

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DE102013213961A1
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motor
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torque
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Eugen Kombowski
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Ein-Motor-Aktor nach Art eines Getriebeaktors oder Kupplungsaktors, mit einem Ausgangsschaltelement, wie einer Schaltwelle, mit einem Antriebsaggregat, wie einem Elektromotor, einem hydraulischen Motor oder einem hydraulischen Zylinder, der direkt oder indirekt, etwa über wenigstens ein Zahnrad, mit einem Hauptrad in zwei Drehrichtungen des Hauptrades drehmomentübertragend gekoppelt ist, wobei am Hauptrad zwei Freiläufe vorhanden sind, von denen der erste Freilauf bei einer ersten Drehrichtung des Hauptrades drehmomentweitergebend auf eine Axialbewegungshervorrufeinrichtung des Ausgangsschaltelementes einwirkt und von denen der zweite Freilauf bei einer zweiten zur ersten Drehrichtung des Hauptrades entgegengesetzten Drehrichtung drehmomentweitergebend auf eine Rotationsbewegungshervorrufeinrichtung des Ausgangsschaltelementes einwirkt, wobei eine den zweiten Freilauf überbrückende, hinzuschaltbare Freilaufüberbrückungseinrichtung zur Weitergabe von Drehmoment an die Rotationsbewegungshervorrufeinrichtung des Schaltelementes auch in der ersten Drehrichtung des Hauptrades enthalten ist. Die Erfindung betrifft auch eine Kraftfahrzeuggetriebeeinrichtung eines Kraftfahrzeugantriebstrangs mit einem solchen Ein-Motor-Aktor.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Ein-Motor-Aktor nach Art eines Getriebeaktors oder Kupplungsaktors, mit einem Ausgangsschaltelement, wie einer Schaltwelle, mit einem Antriebsaggregat, wie einem Elektromotor, einem hydraulischen Motor oder einem hydraulischen Zylinder, der direkt oder indirekt, etwa über wenigstens ein Zahnrad eines Vorgelegegetriebes, mit einem Hauptrad in zwei Drehrichtungen des Hauptrades drehmomentübertragend gekoppelt ist, wobei am Hauptrad zwei Freiläufe vorhanden sind, von denen der erste Freilauf bei einer ersten Drehrichtung des Hauptrades drehmomentweitergebend auf eine Axialbewegungshervorrufeinrichtung des Ausgangsschaltelements einwirkt / einwirkend ausgebildet und/oder angeordnet ist, und von denen der zweite Freilauf bei einer zweiten zur ersten Drehrichtung des Hauptrades entgegengesetzten Drehrichtung drehmomentweitergebend auf eine Rotationsbewegungshervorrufeinrichtung des Ausgangsschaltelements einwirkt / einwirkend ausgebildet und/oder angeordnet ist.
  • Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug-Getriebe und einen Kraftfahrzeugantriebsstrang.
  • Zum Ein- und Auslegen von Gängen in Kraftfahrzeug-Getrieben sind üblicherweise Betätigungseinrichtungen vorgesehen. Bekannte Betätigungsvorrichtungen für klassische Handschaltgetriebe sind in der Regel mit einem Schaltgestänge versehen. Die Antriebsenergie, die zum Ein- und Auslegen von Gängen erforderlich ist, wird dabei im Wesentlichen vollständig vom Fahrer aufgebracht, der sie manuell in einen mit dem Schaltgestänge gekoppelten Schalthebel einleitet. Ferner sind Betätigungseinrichtungen bekannt, die einen Elektromotor bzw. eine Anordnung von Elektromotoren aufweisen, mittels welchen das Ein- und Auslegen von Gängen bewirkt wird. Betätigungseinrichtungen dieser Art werden – in diversen Ausgestaltungen – bekanntermaßen beispielsweise in Automatisierten Schaltgetrieben (ASG), in Unterbrechungsfreien Schaltgetrieben (USG), in Elektrischen Schaltgetrieben (ESG) oder in Parallelschaltgetrieben (PSG) bzw. Doppelkupplungsgetrieben (DKG) eingesetzt.
  • Die Betätigungseinrichtung inklusive des bzw. der Elektromotoren wird bei den Gestaltungen der zuletzt genannten Art auch als Aktor / Aktuator bezeichnet. Der Aktor ist dabei im Kraftfahrzeug in der Regel mit einer sog. inneren Getriebeschaltung gekoppelt, die beispielsweise Schaltschienen und / oder Schaltgabeln und / oder Schiebehülsen aufweist, und kann diese innere Getriebeschaltung belasten. Zur Ansteuerung der Elektromotoren ist bekanntermaßen ein elektronisches Steuergerät vorgesehen. Dieses elektronische Steuergerät steuert die Elektromotoren an, was i. d. R. in Abhängigkeit diverser Kennwerte, insbesondere Betriebskennwerte des Kraftfahrzeugs, wie beispielsweise Motordrehzahl bzw. Motormoment oder dergl., erfolgt.
  • Dabei kann ein Bedienelement vorgesehen sein, über welches der Fahrer diverse Modi (z.B. Vorwärtsfahren (D), Rückwärtsfahren (R), Parken (P), Hochschalten (+), Runterschalten (–)) auswählen kann, in Abhängigkeit welcher das elektronische Steuergerät die Elektromotoren ansteuert.
  • Bekannt ist weiter, dass derartige Aktoren einen ersten Elektromotor aufweisen, der Wählbewegungen bewirkt, sowie einen davon verschiedenen zweiten Elektromotor der Schaltbewegungen erzeugt. Ferner ist bekannt, dass die Ausgangs- bzw. Antriebswellen dieser beiden Elektromotoren jeweils über geeignete mechanische Einrichtungen mit einer Schaltwelle derart gekoppelt sind, dass diese Schaltwelle mittels des einen Elektromotors um seine Längsachse verschwenkt werden kann, und mittels des anderen der beiden Elektromotoren in Richtung ihrer Längsachse translatorisch bewegt werden kann. Das Schalten wird dabei durch ein entsprechendes Verschwenken dieser Schaltwelle bewirkt, und das Wählen wird dabei durch eine entsprechende translatorische Bewegung der Schaltwelle bewirkt, oder umgekehrt.
  • Darüber hinaus hat die Anmelderin Betätigungsvorrichtungen bzw. Aktoren für Kraftfahrzeug-Getriebe entwickelt die mit nur einem Elektromotor auskommen, also bei denen das Wählen und das Schalten mittels genau eines Elektromotors bewirkt werden kann. Beispielhafte Gestaltungen dieser Art sind in der DE 10 2004 038 955 der Anmelderin offenbart.
  • Eine weitere Betätigungsvorrichtung, das heißt ein entsprechender Getriebeaktor, ist auch in der DE 10 2010 030 148 A1 offenbart. Hier wird über zwei Kurvenscheiben mit entsprechenden Nuten die Gassen bzw. Gangwahl eines Getriebes vorgenommen.
  • Die Genauigkeit der Wähl- und Schaltbewegungen der Vorrichtungen aus dem Stand der Technik ist teilweise eingeschränkt und die Mechanik zudem relativ komplex.
  • Insbesondere offenbart die DE 10 2010 030 148 A1 einen Getriebeaktuator zum Schalten der Gänge eines automatisierten Getriebes, welcher einen Stellmotor aufweist, der eine erste Kurvenscheibe antreibt, die über eine Welle mit einer zweiten Kurvenscheibe drehfest verbunden ist, wobei die Schaltwelle des Getriebes derart mit beiden Kurvenscheiben wirkverbunden ist, dass durch Drehung der ersten oder der zweiten Kurvenscheibe die Gassenwahl und durch Drehung der zweiten bzw. der ersten Kurvenscheibe die Gangwahl erfolgt.
  • Aus einer älteren Patentanmeldung ist auch intern eine Betätigungsvorrichtung für ein mehrere Übersetzungsstufen aufweisendes Kraftfahrzeug-Getriebe mit einem Antrieb und einer Schaltwelle, wobei der Antrieb direkt und/oder indirekt mit der Schaltwelle verbunden ist, bekannt, wobei durch rotative und lineare Bewegungen Gänge geschalten und gewählt werden können, wobei der Antrieb mit zwei Exzenterrädern verbunden ist, wobei das erste Exzenterrad mit der Schaltwelle axial beweglich und rotativ fixiert so verbunden ist, dass durch eine Rotation des ersten Exzenterrades eine rotative Bewegung, vorzugsweise eine Schaltbewegung der Schaltwelle erzeugt wird und das zweite Exzenterrad mit der Schaltwelle gelenkig so verbunden ist, dass eine rotative Bewegung des Exzenterrads eine lineare Bewegung der Schaltwelle vorzugsweise zur Gangwahl erzeugt.
  • Bisher sind aber keine kostengünstigen Ein-Motor-Aktoren mit Push-Pull-Funktionalitäten bekannt. Zwar gibt es Ein-Motor-Aktoren mit einem mechanischem Getriebe und/oder einem Spindeltrieb bzw. Getriebeaktoren mit zwei Elektromotoren, jeweils einem für eine Wählbewegung und einem für eine Schaltbewegung, doch sind bisher die Genauigkeiten der Wähl- und Schaltbewegungen noch verbesserbar. Auch soll die Mechanik weniger komplex werden.
  • Insgesamt sollen die Nachteile der bekannten Lösungen beseitigt werden und eine kostengünstig umsetzbare Alternative zur Verfügung gestellt werden.
  • Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Ein-Motor-Aktor erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine den zweiten Freilauf, vorzugsweise selektiv, überbrückende und hinzuschaltbare Freilaufüberbrückungseinrichtung zur Weitergabe von Drehmoment an die Rotationsbewegungshervorrufeinrichtung des Ausgangselementes auch in der ersten Drehrichtung des Hauptrades enthalten ist.
  • Mit anderen Worten wird eine Überbrückung des Freilaufs zur Verfügung gestellt, also eine Freilaufüberbrückungskupplung, die Drehmoment von dem Hauptrad an ein Schaltrad und weiter an ein Ritzel gibt, kurzzeitig unabhängig von der Drehrichtung des Hauptrades.
  • Vorteilhafte Ausführungsformen sind auch in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
  • So ist es von Vorteil, wenn das Ausgangsschaltelement als eine Schaltwelle ausgebildet ist, in der der Axialbewegungshervorrufeinrichtung axial fest aber drehbeweglich gelagert ist und an der die Rotationsbewegungshervorrufeinrichtung drehfest aber axial beweglich gelagert ist. Solche Schaltwellen können kostengünstig hergestellt werden und sind bereits vielfach erprobt.
  • Dabei ist es von Vorteil, wenn an der Schaltwelle ein Schaltnocken befindlich ist, der in Gangwählgassen einbringbar ist und dort Wähl- und/oder Schaltvorgänge durchführt. Ferner ist es von Vorteil, wenn auf die Schaltwelle eine Rastierung einwirkt, mittels welcher die Schaltwelle in bestimmten Axialpositionen relativ zu einem feststehenden Element, wie einem Gehäuse realisierbar ist.
  • Es ist auch von Vorteil, wenn die Axialbewegungshervorrufeinrichtung eine auf dem ersten Freilauf exzentrisch angeordnete Scheibe, wie eine Exzenterscheibe beinhaltet, sowie einen an der Scheibe befestigten Ausleger, der mit einem Stift axialfest verbunden ist, welcher axialfest aber drehbeweglich an der Schaltwelle angreift. Auf diese Weise kann einfach eine Axialbewegung der Schaltwelle hervorgerufen werden.
  • Für das Hervorrufen einer Drehbewegung der Schaltwelle ist es von Vorteil, wenn die Rotationsbewegungshervorrufeinrichtung ein mit dem zweiten Freilauf wirkverbundenes Ritzel, etwa ein Kegelritzel, aufweist, das drehmomentübertragend mit einem Übertragungsrad, wie einem Zahnrad, etwa einem schrägverzahnten Zahnrad oder Kegelrad, gekoppelt ist und wobei das Übertragungsrad drehfest aber axial beweglich an der Schaltwelle angreift.
  • Die Überbrückungskupplung lässt sich auch mit mechanisch einfachen Mitteln realisieren, wenn die Überbrückungskupplung ein Schaltrad beinhaltet, das drehfest aber axial beweglich mit einem über dem zweiten Freilauf antreibbaren Drehmomentübertragungsorgan, wie einem Schaft des Ritzels gekoppelt ist.
  • Ein Rückstellen der Überbrückungskupplung lässt sich auch effizient gewährleisten, wenn die Überbrückungskupplung eine Feder, wie eine Druckfeder beinhaltet, die sich kraftübertragend zumindest am Schaltrad abstützt und eine Leitwand beinhaltet, die so ausgestaltet ist, dass sie mit dem Schaltrad derart zusammenwirkt, dass bei Rotation des Ritzels eine Längsbewegung des Schaltrades in eine Position gezwungen wird, in der der zweite Freilauf in puncto Drehmomentübertragung vom Hauptrad auf das Ritzel überbrückt wird.
  • Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel ist auch dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltrad eine Rampe aufweist, die mit einer Gegenrampe der Leitwand, die als Teil eines Aktorgehäuses ausbildbar ist, zusammenwirkt. Eine Axialverschiebung des Schaltrades lässt sich dann entgegen der Federkraft und zur Drehmomentüberbrückung einfach einsetzen.
  • Es ist auch von Vorteil, wenn die Gegenrampe in ein Plateau übergeht, da dann über eine bestimmte Drehwinkellage hinweg eine Positionsbeibehaltung des Schaltrades erwirkt wird.
  • Es ist auch von Vorteil, wenn der erste Freilauf einen Freiwinkel aufweist, also einen Freilauf mit einer Winkelbegrenzung realisiert, derart, dass ein Mitnahmezahn im nabennahen Bereich des Hauptrades an der Exzenterscheibe bzw. einem entsprechenden Absatz der Exzenterscheibe angreift.
  • Es ist auch zweckmäßig, wenn das Schaltrad in einer auf dem Schaft durch Zusammenwirken der Rampe mit der Gegenrampe und/oder dem Plateau in eine so verschobene Position gebracht ist, dass eine Schaltradverzahnung in eine Hauptradverzahnung greift.
  • Man könnte auch sagen, dass durch einen einzigen / einzelnen Elektromotor eine Wählbewegung oder eine Schaltbewegung hervorgerufen wird. Durch den einzelnen Elektromotor wird in einer Richtung ein Exzenter zur Wählbewegung der Schaltwelle angetrieben. Der Exzenter ist auf dem Hauptrad gelagert. Die Nabe des Hauptrades umfasst einen Freilauf, der ein Schaltritzel nur in die andere Richtung mitnimmt. Das Schaltritzel ist mit einem weiteren Zahnrad zur schaltenden Rotation der Schaltwelle verbunden. Auf der gegenüberliegenden Seite des Hauptrades ist ein Schaltrad auf der Nabe gelagert. Mittels einer Feder ist dieses Schaltrad kraftbeaufschlagt, so dass es nicht in eine Verzahnung des Freilaufs eingreift. Ein Bauteil des Schaltrades läuft auf einer Kontur ab und kann so die Federkraft überwinden, wodurch auf diese Weise der Freilauf überbrückt wird und das Schaltritzel in die entgegengesetzte Richtung gedreht werden kann. Hierdurch kann bspw. zusätzlich zur Schaltwelle auch eine Kupplung, insbesondere nach der Push-Pull-Wirkweise, betrieben werden.
  • Es ist eine Mechanik realisiert, bei der ein Antrieb bspw. bei Rechtsdrehung über zwischengeschaltete Übersetzungsstufen und über eine Kupplung / einen Freilauf auf einen ersten Abtrieb zugreift, der die Wählbewegung sicherstellt. Bei Linksdrehung greift der Antrieb über weitere zwischengeschaltete Übersetzungsstufen und über einen Freilauf auf einen zweiten Abtrieb, der die Schaltbewegung darstellt. Parallel zum Freilauf ist hier eine Überbrückungskupplung geschalten.
  • Die Linksdrehung des Antriebs leitet zum einen sofort die Schaltbewegung ein und schaltet gleichzeitig die beiden Kupplungen, so dass der Wählstrang sofort abgeschaltet wird und der Freilauf überbrückt wird. Die Überbrückung des Freilaufs bewirkt, dass anschließend und solange sich der Schaltnocken in einer Schaltgasse befindet, die Drehbewegung des Antriebs wieder auf rechts geschaltet werden kann, ohne, dass eine Wählbewegung eingeleitet wird und zwar so, dass der Nocken in entgegengesetzter Richtung, d.h. beim Rückwärtsfahren in der Schaltgasse aktiv angetrieben werden kann. Dies ist Voraussetzung, um mit einem solchen Aktor auch eine Kupplung zu betätigen und modulieren zu können. Außerdem wird dadurch auch der Betrieb einer Push-Pull-Kupplung möglich.
  • Die Mechanik kann weiterhin mit einer Schnittstelle versehen werden, die es erlaubt einen Elektromotor, einen hydraulischen Motor oder einen hydraulischen Zylinder oder beliebige andere lineare oder rotatorische Antriebselemente als Antrieb einzusetzen. Damit ergibt sich die Möglichkeit eines Baukastens mit modular einsetzbarem Antrieb.
  • Im Detail kann eine konstruktive Lösung wie im Folgenden beschrieben ausgeführt sein. Ein Antriebsaggregat, wie ein Elektromotor, treibt über ein Ritzel zur Vorübersetzung ein Hauptrad an.
  • An einem äußeren Durchmesser der Hauptradnabe ist eine Scheibe exzentrisch gelagert. Diese Scheibe wird von der Nabe nur in einer Richtung, z.B. über einen Zahn mitgenommen. In die entgegengesetzte Richtung ist ein Freiwinkel vorhanden, so dass die exzentrisch gelagerte Scheibe nicht mitgenommen wird. Das ist eine der momentan einfachsten Formen eines Freilaufs mit einer Winkelbegrenzung.
  • Außen auf der exzentrisch gelagerten Scheibe befindet sich ein gleitend gelagerter Ring, der über einen Ausleger und einen Stift, die Schaltwelle in axialer Richtung antreibt. Der Stift ist auf der Welle so gelagert, dass er die Welle in Umfangsrichtung nicht drehen kann.
  • Wird der Elektromotor z.B. rechts herum angetrieben, so treibt er das Hauptrad und die Exzenterscheibe / einen Exzenterring über den Mitnahmezahn auf der Nabe an. Die Exzenterscheibe treibt über den Ausleger und den Stift die Schaltwelle in axialer Richtung zyklisch an. Ein Nocken / ein Schaltnocken der Schaltwelle führt dabei eine zyklische Wählbewegung durch und kann damit vor einer beliebigen Schaltgasse angehalten werden, indem der Elektromotor angehalten wird.
  • Während das vorgesagte auf die Wählbewegung zutrifft, ist das nachfolgende auf die Schaltbewegung zutreffend.
  • In der Nabe des Hauptrades befindet sich ein Freilauf. Dessen Ausgangsschaltelement ist ein Ritzel mit einer Schrägverzahnung. Das Ritzel kämmt mit einem weiteren Rad mit Schrägverzahnung außen, welches über eine Innenverzahnung direkt auf der Schaltwelle sitzt. Dieses Rad ist im Gehäuse gelagert. Seine Innenverzahnung bzw. die Gegenverzahnung auf der Schaltwelle erlauben es der Schaltwelle, sich axial zu bewegen, ohne dass das Rad mitgenommen wird.
  • Weiterhin befindet sich auf der gegenüberliegenden Seite der Ritzelwelle ein Schaltrad, welches ebenfalls über eine Verzahnung auf dieser gelagert ist, wodurch sich das Schaltrad auf der Ritzelwelle axial bewegen kann. Das Schaltrad hat außen eine Verzahnung, die zu einer Gegenverzahnung im Inneren der Hauptradnabe passt und axial in diese gefügt werden kann. Zwischen dem Innenteil des Freilaufs und dem Schaltrad ist eine Druckfeder eingesetzt. Weiterhin befindet sich auf der linken Seite des Schaltrades ein Pin. Der Pin stützt sich am Gehäuse des Aktors ab. Bei einer Drehung des Schaltrades, läuft der Pin in Umlaufrichtung einer Rampe im Gehäuse hoch und bleibt anschließend bei weiterer Drehung des Schaltrades auf einem Plateau.
  • Der Ablauf beim Schaltvorgang stellt sich wie folgt dar. Ist eine Gasse gewählt, so wird der Elektromotor zunächst angehalten und anschließend seine Drehrichtung umgekehrt. Dabei wird das Exzenterrad nicht mitgenommen, da seine Innenverzahnung in dieser Richtung einen Freiwinkel besitzt. Das heißt, eine Wählbewegung findet nicht statt. Das Ritzel mit der Schrägverzahnung wird dagegen über den Freilauf, der in dieser Richtung sperrt, sofort angetrieben. Die Schaltbewegung setzt sofort ein. Auch das Schaltrad wird umgehend angetrieben. Der Pin läuft die Rampe im Gehäuse hoch und verschiebt dadurch das Schaltrad gegen die Feder nach rechts. Dabei taucht die Außenverzahnung des Schaltrades in die Innenverzahnung in der Nabe des Hauptrades ein und stellt damit einen Formschluss zwischen dem Hauptrad und dem Ritzel her. Dies stellt eine Überbrückung des Freilaufs da. Diese Funktion ist nur von Vorteil, um z.B. eine Push-Pull-Kupplung zu betreiben. Wird nun die Drehrichtung des Elektromotors wieder umgekehrt, so kann der Schaltnocken einen gewissen Weg formschlüssig angetrieben in die Gegenrichtung ausführen. Das heißt, solange sich der Nocken in der Schaltgasse befindet, kann dieser vor- und rückwärts angetrieben werden. Dies ist u.a. auch Voraussetzung, um eine Kupplung modulieren zu können, wenn der Aktor Getriebeschaltungen und Kupplungsbetätigung übernehmen soll. Der Pin am Schaltrad befindet sich nachdem er die Rampe hochgelaufen ist, auf einem Plateau, wodurch die Freilaufüberbrückungskupplung geschlossen bleibt.
  • Beim Herausfahren aus der Gasse wird der Pin die Rampe wieder herunterfahren, die Druckfeder wird dabei die Überbrückungskupplung öffnen. Anschließend kann wieder eine Wählbewegung stattfinden.
  • Auf diese Weise können die Kosten bei Ein-Motor-Getriebe-Aktoren und Ein-Motor-Kupplungsaktoren reduziert werden. Eine kurzfristige Umsetzung kann auch auf leicht veränderten Wegen erfolgen, wobei es von Vorteil ist, die einzelnen Elemente, wie Freilauf, Exzenterrad und Überbrückungskupplung zu kombinieren und entsprechend zu gestalten. Auch der Einsatz von mehreren Elementen, wie Freiläufen, einer oder mehreren Federn und Zahnradpaarungen ist von Vorteil.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe einer Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
  • 1 ein erster konstruktiver Ansatz eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Ein-Motor-Aktors in einer Längsschnittdarstellung,
  • 2 den Ein-Motor-Aktor aus 1 in einer teilgeschnittenen perspektivischen Darstellung,
  • 3 das schematische Wirkprinzip des Ausführungsbeispiels der 1 und 2, und
  • 4 ein Ablaufdiagramm in schematischer Natur für die Aktivierung des Ein-Motor-Aktors der 1 bis 3.
  • Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
  • In 1 ist eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ein-Motor-Aktors 1 dargestellt. Der Ein-Motor-Aktor 1 ist nach Art eines Getriebeaktors oder Kupplungsaktors ausgebildet. Er weist ein Ausgangsschaltelement 2 auf, das nach Art einer Schaltwelle 3 ausgebildet ist. Der Ein-Motor-Aktor 1 weist auch ein Antriebsaggregat 4 auf, das nach Art eines Elektromotors (E-Motor) 5 ausgebildet ist. Es ist nur ein einziger Elektromotor 5 vorhanden, der eine Antriebswelle 6 aufweist, welche ein Zwischenritzel 7 eines Vorgelegegetriebes antreibt. Das Zwischenritzel 7 ist in Wirkeingriff mit einem Hauptrad 8.
  • Mittels des Antriebsaggregats 4 ist das Hauptrad 8 in zwei Drehrichtungen bewegbar, nämlich in einer ersten Drehrichtung und einer zweiten Drehrichtung. Am Hauptrad 8 sind zwei Freiläufe 9 und 10 vorhanden, wobei der erste Freilauf das Bezugszeichen 9 aufweist und der zweite Freilauf das Bezugszeichen 10 aufweist. Der erste Freilauf 9 ist eine Freistellung 11 im Bereich einer Nabe 12 des Hauptrades 8 und in eine Scheibe 13, nämlich eine Exzenterscheibe 14, eingearbeitet. In der Exzenterscheibe 14, ist nabennah ein Absatz oder Vorsprung enthalten, der mit einem Mitnahmezahn 15 des Hauptrades 8 zusammenwirkt oder wirken kann. Die Exzenterscheibe 14 ist exzentrisch zur Nabe 12 gelagert.
  • Der zweite Freilauf 10 ist zentrisch innerhalb des Hauptrades 8 angeordnet und umgreift einen Schaft 16 eines Ritzels 17. Das Ritzel 17 treibt über eine Verzahnung ein Übertragungsrad 18 an, welches drehfest aber axial verschieblich mit der Schaltwelle 3 zusammenwirkt. Auf diese Weise kann ein am Ausgangsschaltelement 2 vorhandener Schaltnocken 19 gedreht werden. Bei einer Axialbewegung entlang des Pfeiles 20 wird das Übertragungsrad 18 nicht mitgenommen.
  • Das Ritzel 17 ist kegelartig ausgeführt und weist eine Schrägverzahnung auf, die mit einer Schrägverzahnung des Übertragungsrades 18 zusammenwirkt.
  • Der Schaft 16 ist im Bereich der Nabe 12 gleit- und/oder wälzgelagert. Die Exzenterscheibe 14 wird von einem Gleitring 21 umgeben, der integral mit einem Ausleger 22 verbunden ist, in den ein Stift 23 greift. Der Stift 23 ist axial fest, aber drehbeweglich mit der Schaltwelle 3 verbunden. Über den Stift 23 wird eine Axialbewegung entlang des Pfeiles 20 auf die Schaltwelle 3 aufgeprägt, wobei eine nur angedeutete Rastierung 24 sicherstellt, dass die Schaltwelle 3 bestimmte vordefinierte Positionen einnimmt und dort zumindest vorübergehend gehalten ist.
  • Das Übertragungsrad 18 erzwingt bei dessen Betätigung eine Drehbewegung oder Rotation der Schaltwelle 3.
  • Eine Überbrückungskupplung, die auch als Freilaufüberbrückungseinrichtung 25 bezeichnet werden kann, weist unter anderem ein Schaltrad 26 mit einer axial abstehenden Rampe 27 auf, der auch als Pin 28 ausgebildet sein kann. Auch umfasst die Freilaufüberbrückungseinrichtung eine Leitwand 29, die durch ein Gehäuse 30 des Aktors ausgebildet sein kann. Zwischen dem Schaltrad 26 und dem Schaft 16 ist eine von beiden Bauteilen gebildete Verzahnung 31 vorhanden. Die von den beiden Bauteilen gebildete Verzahnung ermöglicht eine Drehmomentweitergabe vom Schaltrad 26 an den Schaft 16 und umgekehrt, aber auch eine Verschieblichkeit des Schaltrades 26 auf dem Schaft 16.
  • Eine Feder 32, die als Schraubenfeder, insbesondere als Druckfeder ausgestaltet ist, stützt sich an einem Innenring des Freilaufs 10 ab. Der Innenring des Freilaufs 10 und das Schaltrad sind mit dem Schaft 16, der fest mit dem Ritzel 17 verbunden ist, kraft-, stoff- und/oder formschlüssig verbunden. Es findet also kein schleifender Kontakt an der Feder 32 statt.
  • Das Schaltrad 26 weist eine Außenverzahnung 33 auf, die mit einer Innenverzahnung 34 des Hauptrades 8 im Überbrückungsfall zusammenwirkt.
  • In 2 ist eine vergleichbare Position zu den Bauteilen aus 1 wiedergegeben.
  • Eine eher schematische Darstellung ist auch der 3 zu entnehmen.
  • Mit dem Bezugszeichen 35 ist in 4 der Antrieb gekennzeichnet, wobei in dem Bereich 36 das Wählen der Übersetzung stattfindet. An der Stelle 37 findet die „Trennung des Wählstrangs“ statt. Dies führt zu einer für das Wählen relevanten Axialbewegung der Schaltwelle, was mit dem Bezugszeichen 38 gekennzeichnet ist.
  • Ein davon separater Drehmomentweitergabezweig beinhaltet den mit dem Bezugszeichen 39 gekennzeichneten Freilauf und einer entsprechenden Übersetzungswahl 40, was zu einem Schalten, z.B. bei der Umfangsbewegung der Schaltwelle führt, was mit dem Bezugszeichen 41 symbolisiert ist. Eine Freilaufüberbrückung findet im Bereich des Bezugszeichens 42 statt.
  • Ein Ausgangsschaltelement 2 kann auch als Ausgangselement bezeichnet werden. Es sei darauf hingewiesen, dass die Axialbewegungshervorrufeinrichtung unter anderem den Gleitring 21, die Exzenterscheibe 14, den Ausleger 22 und den Stift 23 umfasst.
  • Die Rotationsbewegungshervorrufeinrichtung umfasst unter anderem das Übertragungsrad 18 und das Ritzel 17.
  • Die Freilaufüberbrückungseinrichtung 25, die auch als Überbrückungskupplung bezeichnet werden kann, umfasst unter anderem die Leitwand 29, das Schaltrad 26 und die Feder 32.
  • Der Schaft 16 kann als Teil sowohl der Freilaufüberbrückungseinrichtung 25 und/oder der Rotationsbewegungshervorrufeinrichtung gesehen werden.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Ein-Motor-Aktor
    2
    Ausgangsschaltelement
    3
    Schaltwelle
    4
    Antriebsaggregat
    5
    Elektromotor
    6
    Antriebswelle
    7
    Zwischenritzel
    8
    Hauptrad
    9
    erster Freilauf
    10
    zweiter Freilauf
    11
    Freistellung
    12
    Nabe
    13
    Scheibe
    14
    Exzenterscheibe
    15
    Mitnahmezahn
    16
    Schaft
    17
    Ritzel
    18
    Übertragungsrad
    19
    Schaltnocken
    20
    Pfeil / Axialbewegung
    21
    Gleitring
    22
    Ausleger
    23
    Stift
    24
    Rastierung
    25
    Freilauf und Überprüfungseinrichtung
    26
    Schaltrad
    27
    Rampe
    28
    Pin
    29
    Leitwand
    30
    Gehäuse
    31
    Verzahnung
    32
    Feder
    33
    Außenverzahnung
    34
    Innenverzahnung
    35
    Antrieb
    36
    Übersetzungswahl
    37
    Trennung des Wählstrangs
    38
    Wählen
    39
    Freilauf
    40
    Übersetzungswahl
    41
    Schalten
    42
    Freilaufüberbrückung
  • 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 102004038955 [0007]
    • DE 102010030148 A1 [0008, 0010]

Claims (10)

  1. Ein-Motor-Aktor (1) nach Art eines Getriebeaktors oder Kupplungsaktors, mit einem Ausgangsschaltelement (2), wie einer Schaltwelle (3), mit einem Antriebsaggregat (4), wie einem Elektromotor (5), einem hydraulischen Motor oder einem hydraulischen Zylinder, der direkt oder indirekt, etwa über wenigstens ein Zahnrad (7), mit einem Hauptrad (8) in zwei Drehrichtungen des Hauptrades (8) drehmomentübertragend gekoppelt ist, wobei am Hauptrad (8) zwei Freiläufe (9 und 10) vorhanden sind, von denen der erste Freilauf (9) bei einer ersten Drehrichtung des Hauptrades (8) drehmomentweitergebend auf eine Axialbewegungshervorrufeinrichtung des Ausgangsschaltelementes (2) einwirkt und von denen der zweite Freilauf (10) bei einer zweiten zur ersten Drehrichtung des Hauptrades (8) entgegengesetzten Drehrichtung drehmomentweitergebend auf eine Rotationsbewegungshervorrufeinrichtung des Ausgangsschaltelementes einwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass eine den zweiten Freilauf (10) überbrückende, hinzuschaltbare Freilaufüberbrückungseinrichtung (25) zur Weitergabe von Drehmoment an die Rotationsbewegungshervorrufeinrichtung des Schaltelementes (2) auch in der ersten Drehrichtung des Hauptrades (8) enthalten ist.
  2. Ein-Motor-Aktor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangsschaltelement (2) als eine Schaltwelle (3) ausgebildet ist, an der die Axialbewegungshervorrufeinrichtung axialfest aber drehbeweglich gelagert ist und an der die Rotationsbewegungshervorrufeinrichtung drehfest aber axialbeweglich gelagert ist.
  3. Ein-Motor-Aktor (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Axialbewegungshervorrufeinrichtung eine auf dem ersten Freilauf (9) exzentrisch angeordnete Scheibe (13), wie eine Exzenterscheibe (14), beinhaltet, sowie einen an der Scheibe (13) befestigten Ausleger (22), der mit einem Stift (23) axialfest verbunden ist, welcher axialfest aber drehbeweglich an der Schaltwelle (3) angreift.
  4. Ein-Motor-Aktor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsbewegungshervorrufeinrichtung ein mit dem zweiten Freilauf (10) wirkverbundenes Ritzel (17), etwa ein Kegelritzel, aufweist, das drehmomentübertragend mit einem Übertragungsrad (18), wie einem Zahnrad, etwa einem schrägverzahnten Zahnrad oder Kegelrad, gekoppelt ist und wobei das Übertragungsrad (18) drehfest aber axial beweglich an der Schaltwelle (3) angreift.
  5. Ein-Motor-Aktor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Freilaufüberbrückungseinrichtung (25) ein Schaltrad (26) beinhaltet, das drehfest aber axial beweglich mit einem über den zweiten Freilauf (1) antreibbaren Drehmomentübertragungsorgan, wie einem Schaft (16) des Ritzels (17) gekoppelt ist.
  6. Ein-Motor-Aktor (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Freilaufüberbrückungseinrichtung (25) eine Feder (32), wie eine Druckfeder, beinhaltet, die sich kraftübertragend zumindest am Schaltrad (26) abstützt, und eine Leitwand (29) beinhaltet, die so ausgestaltet ist, dass sie mit dem Schaltrad (26) derart zusammenwirkt, dass bei Rotation des Ritzels (16) eine Längsbewegung des Schaltrades (26) in eine Position erzwungen wird, in der der zweite Freilauf (10) in puncto Drehmomentübertragung vom Hauptrad (8) auf das Ritzel (17) überbrückt wird.
  7. Ein-Motor-Aktor (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltrad (26) eine Rampe (27) aufweist, die mit einer Gegenrampe der Leitwand (29), die als Teil eines Aktorgehäuse (30) ausbildbar ist, zusammenwirkt.
  8. Ein-Motor-Aktor (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenrampe in ein Plateau übergeht.
  9. Ein-Motor-Aktor (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltrad (26) in einer auf dem Schaft (16) durch Zusammenwirken der Rampe (27) mit der Gegenrampe und/oder dem Plateau in eine so verschobene Position gebracht ist, dass eine Schaltradverzahnung in eine Hauptradverzahnung greift.
  10. Kraftfahrzeuggetriebeeinrichtung eines Kraftfahrzeugantriebstrangs mit einem Ein-Motor-Aktor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
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DE102010030148A1 (de) 2010-06-16 2011-12-22 Zf Friedrichshafen Ag Getriebeaktuator zum Schalten der Gänge eines automatisierten Getriebes

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