DE102014018631A1

DE102014018631A1 - Linearantrieb, insbesondere zur Bewegung eines Schalthebels in einem Getriebe

Info

Publication number: DE102014018631A1
Application number: DE102014018631.8A
Authority: DE
Inventors: Mike Heurich; Reiner Hölscher
Original assignee: Wabco GmbH
Current assignee: ZF CV Systems Hannover GmbH
Priority date: 2014-12-13
Filing date: 2014-12-13
Publication date: 2016-06-16

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Linearantrieb, insbesondere zur Bewegung eines Schalthebels in einem Getriebe, mit pneumatisch oder hydraulisch bewegbarer Druckstange (11), wobei der Druckstange ein erster Kolben (14) mit wenigstens einem pneumatisch oder hydraulisch beaufschlagbaren Arbeitsraum (16, 18) zugeordnet ist. Erfindungsgemäß ist eine pneumatische oder hydraulische Endlagendämpfung der Druckstange (11) vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Linearantrieb, insbesondere zur Bewegung eines Schalthebels in einem Getriebe, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Linearantriebe der genannten Art können in verschiedenen Vorrichtungen und Systemen eingesetzt werden, etwa in Verbindung mit pneumatischen oder hydraulischen Getriebeschaltungen, pneumatischen oder hydraulischen Kupplungen, in mechatronischen Geräten, in pneumatischen oder hydraulischen Systemen, als pneumatische oder hydraulische Aktuatoren. Eine wichtige Anwendung – anhand der die Erfindung erläutert wird – ist die Bewegung eines Schalthebels in einem automatisierten Getriebe.
Ein Schaltgetriebe für ein Kraftfahrzeug mit Verbrennungsmotor ist mit einer Zusatzeinrichtung für die Automatisierung der Schaltbewegungen versehen. Die Zusatzeinrichtung beinhaltet einen Linearantrieb mit in Längsrichtung verschiebbarer Druckstange, welche an einem Ende einen doppelseitig wirkenden Zylinder aufweist, einen sogenannten 2- oder Mehrstellungszylinder. Der zugehörige Kolben wird von einem Fluid beaufschlagt, welches je nach beabsichtigter Bewegungsrichtung in einen von zwei Arbeitsräumen einströmt. Die Druckstange weist außerhalb des Mehrstellungszylinders eine Schnittstelle zur Übertragung der Bewegung/Kraft auf den Schalthebel auf, etwa eine Vertiefung oder Ausnehmung zur Mitnahme des Schalthebels.
Die Beaufschlagung des Kolbens durch das Fluid wird durch Öffnen von Ventilen in entsprechenden Leitungen gesteuert. Der apparative Aufwand soll aus Kostengründen möglichst gering sein. Am Einfachsten ist deshalb eine Ansteuerung der Ventile derart, dass diese entweder offen oder geschlossen sind.
Bei einem derartigen Betrieb fährt die Druckstange ohne Dämpfung und mit hoher Geschwindigkeit hin und her. Typischerweise wird die Bewegung der Druckstange nur durch Anschlag derselben oder des Kolbens im Mehrstellungszylinder gestoppt. Die betroffenen Bauteile werden dadurch hoch beansprucht. Gerade in einem Getriebe ist eine sanfte Bewegung, nämlich ein stufenweises und/oder kontinuierliches aneinander Herantasten sinnvoll, um das Ineinandergreifen der beteiligten Zahnräder schonend zu ermöglichen (Synchronisierungsfunktion).
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung bzw. Einrichtung einer Dämpfung der Bewegung der Druckstange, die Realisierung eines nicht linearen Kraft-Weg-Verlaufes und/oder die Vermeidung einer Überbeanspruchung der betroffenen Bauteile. Es geht dabei um dynamische und kraftbeaufschlagte Bauteile. Insbesondere soll der Linearantrieb im Zusammenhang mit der Realisierung einer synchronisierten und klauenbetätigten Schaltung verwendbar sein.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorgesehen sind eine pneumatische oder eine hydraulische Endlagendämpfung der Druckstange. Letztere ist insbesondere einem 2- oder Mehrstellungszylinder mit zwei beaufschlagbaren Arbeitsräumen zugeordnet. Möglich ist aber auch ein Zylinder mit nur einem Arbeitsraum. Die Rückstellung erfolgt dann durch eine Feder.
Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung kann die Druckstange mit einem zweiten Kolben in einen Fluidraum eintauchen. Dadurch können ein Überdruck oder Unterdruck entstehen; beides wirkt einer schnellen Bewegung der Druckstange entgegen. Der Fluidraum ist mit einem Gas oder einer Flüssigkeit gefüllt. Bevorzugt wird eine pneumatische Wirkungsweise. Der zweite Kolben und/oder der Fluidraum sind vorzugsweise mit Dichtmitteln versehen, die Kolben und Fluidraum gegeneinander abdichten. Vorteilhafterweise ist der zweite Kolben an einem freien Ende der Druckstange vorgesehen, insbesondere an einem dem ersten Kolben gegenüberliegenden Ende.
Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung kann der Fluidraum eine Öffnung zum Eintritt und/oder Austritt eines Fluides aufweisen, wobei die Öffnung kleiner ist als ein wirksamer Querschnitt des zweiten Kolbens. Die Öffnung wirkt so als Drossel für das strömende Fluid. Die Dämpfung für die Bewegung der Druckstange ist abhängig vom Querschnitt der Öffnung und von den Eigenschaften des Fluides.
Erfindungsgemäß kann die Öffnung einen Querschnitt aufweisen, der kleiner ist als 1/10 des wirksamen Querschnitts des zweiten Kolbens, insbesondere kleiner als 1/50. Für ein schnellströmendes Fluid kann ein noch kleinerer Querschnitt der Öffnung gewählt werden, für ein langsam strömendes Fluid ein größerer Querschnitt von etwa ½ oder 1/5 des wirksamen Querschnitts des zweiten Kolbens.
Erfindungsgemäß kann die Öffnung durch den zweiten Kolben bei Bewegung desselben passierbar sein, insbesondere verschließbar. Dadurch ergibt sich eine mehrstufige Dämpfung in der Bewegung der Druckstange. Solange die Öffnung noch nicht durch den zweiten Kolben bedeckt ist, kann das Fluid durch die Öffnung ausströmen oder einströmen. Die Dämpfung ist relativ gering. Nach Verschluss der Öffnung durch den zweiten Kolben ergibt sich eine deutlich höhere Dämpfung.
Auch kann der Fluidraum mehrere Öffnungen zum Eintritt und/oder Austritt eines Fluides aufweisen. Die Öffnungen können mit unterschiedlichen Querschnitten versehen sein. Dadurch ist eine fein abgestufte Dämpfung der Bewegung der Druckstange möglich.
Erfindungsgemäß können mindestens zwei Öffnungen vorgesehen sein, wobei der zweite Kolben insbesondere erst eine der beiden Öffnungen passiert und dann die andere Öffnung erreicht oder passiert. Die Öffnungen folgen demnach in Längsrichtung der Druckstange aufeinander.
Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung kann der Fluidraum mindestens eine Öffnung zum Eintritt und/oder Austritt eines Fluides aufweisen, wobei der Öffnung ein Ventil oder eine Leitung mit Ventil zugeordnet sind, derart, dass der wirksame Querschnitt der Öffnung oder der Leitung zumindest teilweise oder zeitweise verschließbar ist. Durch das Ventil ist eine Steuerung der Fluidströmung und damit der Dämpfung möglich. Das Ventil ist vorzugsweise in einer mit der Öffnung verbundenen Leitung angeordnet. Bei einer Leitungslänge von 0 ist das Ventil unmittelbar der Öffnung zugeordnet. Der Fluidraum ist druckdicht und ermöglicht einen Überdruck oder Unterdruck des Fluides, insbesondere von Luft. Unter dem Druck des ersten Kolbens wird die Druckstange verfahren. Dabei wird auch der zweite Kolben im Fluidraum bewegt. Kurz bevor der zweite Kolben an seiner Endposition anschlägt, kann die gestaute Luft kontrolliert vor dem Anschlag über das Ventil abgelassen werden bzw. der Kolben mit gestauter Luft abgefedert werden. Somit wird der Aufprall wirksam gedämpft. Bei Verwendung eines Hydraulikfluids würde man das Ventil kurz vor der Endstellung langsam schließen, um einen Druckausgleich über das Ventil zu beenden.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Getriebe mit einem Linearantrieb der genannten Art, insbesondere ein automatisiertes Schaltgetriebe.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung im Übrigen und aus den Ansprüchen. Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 einen Längsschnitt durch ein Gehäuse mit Druckstange, als Teil eines Linearantriebs,
2 eine stark vereinfachte Schnittdarstellung der Vorrichtung gemäß 1,
3 einen Längsschnitt einer weiteren Ausführungsform des Gehäuses mit Druckstange,
4 eine weitere Ausführungsform des Gehäuses mit Druckstange,
5 eine weitere Ausführungsform des Gehäuses mit Druckstange,
6 eine stark vereinfachte Darstellung der Vorrichtung gemäß 5.
Die nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele für einen Linearantrieb beziehen sich auf die Verwendung der Erfindung im Zusammenhang mit einem automatisierten Schaltgetriebe für Kraftfahrzeuge. Möglich ist aber auch die Verwendung im Zusammenhang mit anderen Anwendungen, bei denen es insbesondere auf die Realisierung eines nichtlinearen Kraft-Weg-Verlaufes, die Dämpfung einer Antriebsbewegung und/oder die Vermeidung von Überbeanspruchung von Bauteilen geht.
In einem Gehäuse 10 ist eine Druckstange 11 entlang einer Längsachse 12 verschiebbar gelagert. An einem Ende – in 1 rechts – weist die Druckstange 11 einen in einem Zylinder 13 geführten Kolben 14 auf. Kolben 14 und Zylinder 13 sind hier geteilt ausgeführt, mit einer ersten, ringförmigen Kolbenoberfläche 15 in einem ersten Zylinder-Arbeitsraum 16 und einer zweiten, vollkreisförmigen Kolbenoberfläche 17 in einem zweiten Zylinder-Arbeitsraum 18. Die beiden Arbeitsräume 16, 18 sind über nicht gezeigte Anschlüsse und Leitungen mit einem Arbeitsfluid ansteuerbar, so dass die Druckstange 11 in Richtung der Längsachse 12 bewegt wird.
Kolben und Zylinder sind hier nach dem Prinzip eines Mehrstellungszylinders ausgebildet, was aber im Rahmen der Erfindung von untergeordneter Bedeutung ist und nicht näher erläutert werden muss. Bei ”Belüftung” des Arbeitsraumes 18 und ”Entlüftung” des Arbeitsraumes 16 wird die Druckstange 11 nach links bewegt und umgekehrt. Bei Belüftung beider Arbeitsräume mit gleichem Druck kehrt der Kolben 14 in die in den Figuren gezeigte Mittelstellung zurück. Die beiden Kolbenoberflächen 15, 17 sind dann gleich groß.
Etwa mittig weist die Druckstange 11 seitlich eine Ausnehmung 19 als Schnittstelle für eine Kraftübertragung zum nicht gezeigten Schaltgetriebe auf. Beispielsweise kann in die Ausnehmung 19 ein Gelenkkopf eingesetzt sein, an dem eine Schaltstange des Schaltgetriebes ansetzt. Durch die Bewegung der Druckstange 11 wird die Schaltstange hin- und herbewegt.
Am anderen Ende der Druckstange 11 – in 1 links – taucht als zweiter Kolben ein Kopf 20 der Druckstange 11 in einen Fluidraum 21 ein. Fluidraum 21 oder Kopf 20 sind mit einer umlaufenden Dichtung 22 versehen. Je nach Stellung der Druckstange 11 nimmt der Kopf 20 einen größeren oder kleineren Teil des Volumens des Fluidraums 21 ein. Bei Bewegung des Kopfes 20 in den Fluidraum 21 hinein erhöht sich der Druck in Letzterem, so dass die Bewegung der Druckstange 11 gedämpft wird. Art und Umfang der Dämpfung sind veränderbar bzw. steuerbar.
An den Fluidraum 21 schließt eine Leitung 23 mit einem Ventil 24 an. Vorzugsweise handelt es sich um ein einfaches 2-Wege-Magnetventil, welches entweder offen oder geschlossen ist, wie in 1 dargestellt. Die Dämpfung erfolgt vorzugsweise pneumatisch. Entsprechend wird im Fluidraum 21 lediglich Luft komprimiert bei Bewegung der Druckstange 11 nach links. Der Druck ist einstellbar durch die Ansteuerung des Ventils 24. Alternativ kann aber auch ein hydraulisches Fluid vorgesehen sein. Der Querschnitt der Leitung 23 beträgt nur ein Bruchteil des wirksamen Durchmessers des Kopfes 20, vorzugsweise weniger als 1/10 oder 1/50.
Eine Dämpfung tritt auch auf bei Bewegung der Druckstange 11 nach rechts. Es entsteht dann ein Unterdruck im Fluidraum 21, wobei der Unterdruck wiederum steuerbar ist durch das Ventil 24. Entsprechend den 1 und 2 kann die Leitung 23 an einer Stirnseite 25 des Fluidraums 21 vorgesehen sein (2) oder an einer Umfangswand 26 nahe der Stirnwand 25 (1). Druckstange 11 und Fluidraum 21 fluchten entlang der Längsachse 12.
In Abwandlung zu den 1 und 2 zeigt 3 eine Leitung 27 ausgehend von der Umfangswand 26, aber mit deutlich größerem Abstand zur Stirnwand 25. Der Leitung 27 kann ein nicht gezeigtes Ventil zugeordnet sein. Bei Eintritt des Kopfes 20 in den Fluidraum 21 kann das Fluid zunächst durch die Leitung 27 entweichen. Erst wenn eine Stirnfläche 28 des Kopfes 20 die Leitung 27 passiert hat, dichtet der Kopf 20 die Leitung 27 ab. Es kann dann kein Fluid mehr aus dem Fluidraum 21 entweichen, so dass der Dämpfungseffekt stark zunimmt, je nach verwendetem Fluid.
4 zeigt ebenfalls eine Ausführungsform mit einer Leitung 29 für das Abströmen des Fluides aus dem Fluidraum 21. Die Leitung 29 ist hier so angeordnet, dass sie vom Kopf 20 nicht verdeckbar ist, nämlich gegenüber der Stirnwand 25 parallel zum Kopf 20. Der Kopf 20 taucht exzentrisch in den Fluidraum 21 ein.
Gemäß den 5 und 6 können auch mehrere Leitungen 30, 31, 32 zur Belüftung bzw. Entlüftung des Fluidraums 21 vorgesehen sein. In diesem Fall sind die Leitungen 30, 31, 32 parallel zueinander, senkrecht zur Längsachse 12 und in Richtung der Längsachse 12 aufeinanderfolgend an der Umfangswand 26 vorgesehen. Bei Bewegung des Kopfes 20 in den Fluidraum 21 hinein wird zunächst die Leitung 32 vom Kopf 20 verschlossen, dann die Leitung 31 und schließlich nach und nach der Querschnitt der Leitung 30. Dadurch ergibt sich eine mehrstufig zunehmende Dämpfung. Außerdem nimmt innerhalb jeder Stufe die Dämpfung leicht zu durch die sich vom Kopf 20 nach und nach schließenden Öffnungsquerschnitte der Leitungen 32, 31, 30.
Die Leitungen 30, 31, 32 können unterschiedliche oder gleiche Querschnitte aufweisen, je nach angestrebter Dämpfungswirkung. 5 zeigt in Längsrichtung der Druckstange 11 aufeinanderfolgende Leitungen mit zunehmendem Querschnitt, bei Druck auf die Kolbenfläche 17, 6 mit abnehmendem Querschnitt.
Vorzugsweise sind die dargestellten Leitungen 23, 27, 29 bis 32 im Gehäuse 10 vorgesehene Bohrungen, sogenannte Beatmungsbohrungen für den im Übrigen möglichst druckdichten Fluidraum 21.
Die Wand 25 kann Innenwand eines Abschlussstopfens 33 für den Fluidraum 21 sein, siehe 1, 3, 4, 5, 6.
Bezugszeichenliste

10: Gehäuse
11: Druckstange
12: Längsachse
13: Zylinder
14: Kolben
15: erste Kolbenoberfläche
16: erster Zylinder-Arbeitsraum
17: zweite Kolbenoberfläche
18: zweiter Zylinder-Arbeitsraum
19: Ausnehmung
20: Kopf
21: Fluidraum
22: Dichtung
23: Leitung
24: Ventil
25: Stirnwand
26: Umfangswand
27: Leitung
28: Stirnfläche
29: Leitung
30: Leitung
31: Leitung
32: Leitung
33: Abschlussstopfen

Claims

Linearantrieb, insbesondere zur Bewegung eines Schalthebels in einem Getriebe, mit pneumatisch oder hydraulisch bewegbarer Druckstange (11), wobei der Druckstange (11) ein erster Kolben (14) mit wenigstens einem pneumatisch oder hydraulisch beaufschlagbaren Arbeitsraum (16, 18) zugeordnet ist, gekennzeichnet durch eine pneumatische oder hydraulische Endlagendämpfung der Druckstange (11).
Linearantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckstange (11) mit einem zweiten Kolben in einen Fluidraum (21) eintaucht.
Linearantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidraum (21) eine Öffnung zum Eintritt und/oder Austritt eines Fluides aufweist, wobei die Öffnung kleiner ist als ein wirksamer Querschnitt des zweiten Kolbens.
Linearantrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung einen Querschnitt aufweist, der kleiner ist als 1/10 des wirksamen Querschnitts des zweiten Kolbens, insbesondere kleiner als 1/50.
Linearantrieb nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung durch den zweiten Kolben bei Bewegung desselben passierbar, insbesondere verschließbar, ist.
Linearantrieb nach Anspruch 3 oder einem der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidraum (21) mehrere Öffnungen zum Eintritt und/oder Austritt eines Fluides aufweist.
Linearantrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Öffnungen vorgesehen sind und dass der zweite Kolben bei Bewegung in den Fluidraum (21) hinein insbesondere erst eine der beiden Öffnungen passiert und dann die andere Öffnung erreicht oder passiert.
Linearantrieb nach Anspruch 2 oder einem der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnung ein Ventil (24) oder eine Leitung (23) mit Ventil (24) zugeordnet sind, derart, dass der wirksame Querschnitt der Öffnung oder der Leitung zumindest teilweise oder zeitweise verschließbar ist.
Getriebe, insbesondere automatisiertes Schaltgetriebe, mit einem Linearantrieb nach einem der voranstehenden Ansprüche.