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Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung für ein Schaltgetriebe mit Kupplungseinheit für ein Nutzfahrzeug, umfassend Getriebestellmittel zum mechanischen Betätigen des Schaltgetriebes und Kupplungsstellmittel zur fluidischen Betätigung der Kupplungseinheit.
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Stand der Technik
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Das Einsatzgebiet der Erfindung erstreckt sich vornehmlich auf den Nutzfahrzeugbau. Ein zentrales Merkmal vieler Schaltgetriebe von Nutzfahrzeugen, insbesondere für den Nah- und Verteilerverkehr, Fernverkehr sowie auch für den Überland- und Reisebusverkehr ist die Gruppenbauweise mit einer Vielzahl von Gangstufen. Dieser Aufbau wird bei Nutzfahrzeugen zunehmend für automatisierte Schaltgetriebe (AMT) verwendet.
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Schaltgetriebe für Nutzfahrzeuge können prinzipiell unterschiedliche Automatisierungsgrade aufweisen. Dabei kann je nach Ausführung der Anfahrvorgang, die Betätigung der Schaltkupplung sowie die Gangwahl automatisiert erfolgen. Bei Handschaltgetrieben ist keine dieser Vorgänge automatisiert, bei teilautomatisierten Schaltgetrieben ist einer dieser Vorgänge automatisiert und bei den hier interessierenden vollautomatischen Schaltgetrieben erfolgen alle Vorgänge automatisiert. Hieraus ergibt sich die Notwendigkeit, geeignete Betätigungseinrichtungen für eine automatisierte Anfahrkupplung, ein automatisiertes Kuppeln beim Schalten sowie eine automatisierte Gangwahl und Motormanagement einzusetzen.
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In allgemein bekannter Weise wird die automatisierte Kupplungsbetätigung sowie der automatisierte Gangwechsel durch den Einsatz unterschiedlicher Stellglieder in Form von z.B. elektro-pneumatischen oder elektro-hydraulischen Aktuatoren ermöglicht. Im Rahmen allgemein bekannter automatisierter Schaltgetriebe werden sogenannte Kupplungssteller (KS) und Getriebesteller (GS) eingesetzt, welche in oder am Schaltgetriebe angeordnet sind.
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Eine entsprechende Betätigungsvorrichtung ist beispielsweise in der
DE 100 02 693 A1 offenbart.
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Die
US 2006/009326 A1 bezieht sich allgemein auf ein integriertes Steuermodul für ein Doppelkupplungsgetriebe und insbesondere auf ein integriertes Steuermodul zur Steuerung des Betriebs eines Doppelkupplungsgetriebes, wie es in einem Kraftfahrzeug mit integrierten Schaltaktuator-Positionssensoren verwendet wird.
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Die
DE 10 2013 212 164 A1 betrifft Steuergerätetechnologie. Insbesondere betrifft dieser Stand der Technik eine Anordnung zur Getriebesteuerung für ein Fahrzeug mit einem Steuermodul.
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Die
DE 10 2006 054 402 A1 offenbart eine Getriebe- und Kupplungssteuerung mit mindestens einem Ventil zur Steuerung eines Getriebes und mindestens einem anderen Ventil zur Steuerung einer Kupplung.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Betätigungsvorrichtung derart weiterzuentwickeln, dass im Sinne einer modularen Bauform mehrere verschiedene Getriebevarianten einer gemeinsamen Getriebefamilie mit einer weitgehend gleichen Betätigungsvorrichtung gesteuert werden können.
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Kurzbeschreibung der Erfindung
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Die Aufgabe wird ausgehend von einer Betätigungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die nachfolgenden abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
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Im Rahmen der Erfindung wurde eine Steuereinrichtung für ein Getriebe entwickelt. Diese Steuereinrichtung umfasst mit mindestens drei Schaltaktuatoren für die Gangwahl, eine Mehrzahl von Ventilen zur Ansteuerung der Schaltaktuatoren sowie eine weitere Mehrzahl von Ventilen zur Kupplungsansteuerung.
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Die Ventile werden elektrisch über ein Steuergerät angesteuert und geben einen definierten fluidischen Volumenstrom als Steuersignal an die Schaltaktuatoren und/oder an die Anfahrkupplung frei. Als mögliche Fluide sind dabei im Wesentlichen Druckluft oder Hydrauliköl zu nennen.
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Erfindungsgemäß sind die Schaltaktuatoren, die Ventile zur Ansteuerung der Schaltaktuatoren sowie die Ventile zur Kupplungsansteuerung in einem gemeinsamen Gehäuse zusammengefasst, und innerhalb dieses Gehäuses sind
- • die Schaltaktuatoren zu einer räumlich zusammenhängenden Schaltgruppe
- • die Ventile zur Ansteuerung der Schaltaktuatoren zu einer räumlich zusammenhängenden Ventilgruppe und
- • die Ventile zur Kupplungsansteuerung zu einer weiteren räumlich zusammenhängenden Ventilgruppe gruppiert,
wobei sich die Schaltgruppe sowie die beiden Ventilgruppen räumlich nicht überlappen.
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Unter „räumlich nicht überlappen“ im Sinne dieser Erfindung wird verstanden, dass - unter Bezugnahme auf die Figuren - zwischen Elementen einer Gruppe 8, 9 oder 10 kein Element einer anderen Gruppe 8, 9 oder 10 ganz oder teilweise hineinragt. Dies ist gleichbedeutend damit, dass der Raum zwischen zwei Elementen einer Gruppe immer frei ist von Elementen anderer Gruppen.
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Mit einem derartigen konstruktiven Aufbau wird erreicht, dass bei der Herstellung unterschiedlicher Versionen der Steuereinrichtung der Mehraufwand für die Fertigung, der durch die Unterschiede zwischen den Versionen gegenüber der Fertigung nur einer Version entsteht, minimiert wird. Weiterhin wird es möglich, eine bestehende Steuereinrichtung im Nachhinein durch Einbau zusätzlicher Schaltaktuatoren und/oder Ventile aufzurüsten.
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Somit gelingt es durch diesen Aufbau, die bauraum- und montagerelevanten Vorteile einer Funktionsintegration innerhalb einer abgeschlossenen Baueinheit mit den kommerziellen Vorzügen einer modularen Bauweise zur Abdeckung verschiedener Zielapplikationen zu kombinieren.
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In besonders vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung ist:
- • die Schaltgruppe aus identisch aufgebauten Schaltaktuatoren gebildet und/oder
- • die Ventilgruppe zur Ansteuerung der Schaltaktuatoren aus identisch aufgebauten Ventilen gebildet und/oder
- • die Ventilgruppe zur Kupplungssteuerung aus identisch aufgebauten Ventilen gebildet.
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Dann können ausgehend von einer Basisversion der Steuerungseinrichtung, die nur ein Minimum an Schaltaktuatoren und Ventilen enthält, unter Ausnutzung eines größtmöglichen Gleichteilanteils weitere Versionen der Steuereinrichtung abgeleitet werden. Idealerweise kann der fertigungstechnische Mehraufwand für die Erweiterung der Baueinheit um mindestens einen weiteren Schaltaktuator 6 inklusive der entsprechenden Erweiterung der Ventilgruppe 8 zur Ansteuerung der Schaltaktuatoren und/oder für die Erweiterung der Ventilgruppe 9 zur Ansteuerung einer weiteren Anfahrkupplung im Wesentlichen darauf reduziert werden, dass eine entsprechende spezifische Bearbeitungsvariante der Bauteile des Gehäuses 2 der Basisversion angefertigt wird.
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Zusätzliche, in der Basisversion nicht enthaltene Bauteile, wie z.B. Kolbenbauteile eines weiteren Zylinders und/oder weitere Ventile 8g, 8h zur Ansteuerung der Schaltaktuatoren bzw. 9e, 9f, 9g, 9h zur Kupplungssteuerung stellen dabei eine Bestückungsvariante dar. Ferner können im Rahmen einer spezifischen Bestückungsvariante Bauteile wegfallen, welche in der Basisversion enthalten sind. Dies können z.B. Ventile der Ventilgruppe 8 zur Steuerung der Schaltaktuatoren oder Ventile der Ventilgruppe 9 zur Kupplungssteuerung sein. Durch die erfindungsgemäße Aufteilung des Raumes innerhalb des Gehäuses 2 auf die Funktionsgruppen 10, 8 und 9 können all diese Bestückungsänderungen unabhängig voneinander vorgenommen werden und beeinflussen sich gegenseitig nicht.
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Gemäß der Erfindung enthält der für die Schaltgruppe 10 vorgesehene Einbauraum innerhalb des Gehäuses 2 einen Freiraum 10a zur Aufnahme mindestens eines weiteren Schaltaktuators 6. Der für die Ventilgruppe 8 vorgesehene Einbauraum innerhalb des Gehäuses 2 enthält einen Freiraum 81 zur Aufnahme mindestens eines weiteren Ventils 8g, 8h. Der für die Ventilgruppe 9 vorgesehene Einbauraum enthält innerhalb des Gehäuses 2 einen Freiraum 91 zur Aufnahme mindestens eines weiteren Ventils 9e, 9f, 9g, 9h. Diesen Ausgestaltungen ist der Vorteil gemein, dass die Bestückungsänderungen besonders einfach durchgeführt werden können. Insbesondere kann für mehrere Versionen der Steuereinrichtung 1 ein Gehäuse 2 mit identischen Abmessungen verwendet werden, dass nur jeweils anders bearbeitet ist, etwa mit einer anderen Anzahl von elektrischen, mechanischen, pneumatischen oder hydraulischen Durchführungen.
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Die Basisversion, wie auch davon erfindungsgemäß abgeleitete Versionen davon können dabei in Sinne vorteilhafter Ausgestaltungen weitere Eigenschaften aufweisen bzw. Funktionen und Elemente umfassen.
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So erscheint es sinnhaft, dass enthaltene Schaltaktuatoren 3, 4, 5, 6, 7 achsparallel angeordnet werden, um die Ansteuerung der inneren Schaltelemente im Getriebe querkraftfrei zu ermöglichen.
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Ferner kann es zur Synchronisation im Getriebe befindlicher Wellen notwendig sein, eine dafür im Getriebe integrierte Wellenbremse anzusteuern. Die dafür nötige Ventileinrichtung 200 kann dabei vorteilhaft in die Steuereinrichtung 1 integriert werden.
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Zur Detektion und/oder Plausibilisierung der Lage können Schaltaktuatoren vorteilhaft mit Wegsensoren 35, 45, 55 ausgestattet werden.
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Aus Packagegründen kann es sinnvoll sein, dass ein oder mehrere Drehzahlsensoren 300 zur Ermittlung von Wellendrehzahlen im Getriebe in die Baueinheit der Steuereinrichtung 1 integriert werden.
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Um den Gleichteilanteil zu maximieren, kann es sinnvoll sein, für die elektronische Ansteuerung der Steuereinrichtung 1 eine Getriebe-Steuerelektronik aus einem bestehenden Baukasten wiederzuverwenden. Dann kann der Fall eintreten, dass die Schaltgruppe 10, die Ventilgruppe 8 zur Ansteuerung der Schaltaktuatoren und/oder die Ventilgruppe 9 zur Kupplungssteuerung insgesamt mehr Strom für die Ansteuerung der (Magnet-)Ventile benötigen als die Steuerelektronik zur Verfiigung stellen kann. Um die Steuereinrichtung 1 mit einer möglichst breiten Klasse von Steuerelektroniken kompatibel zu machen, ist daher in der Stromversorgung für die Schaltgruppe 10, für die Ventilgruppe 8 und/oder für die Ventilgruppe 9 mindestens eine stromverstärkende elektronische Leistungs-Endstufe 100 vorgesehen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Ventilgruppe 9 zur Kupplungsansteuerung zur Ansteuerung eines oder mehrerer externer Kupplungsaktuatoren, die mit einem Achsversatz zur Getriebewelle angeordnet sind, oder eines ein- oder mehrfachen Zentralausrückers ausgebildet. Insbesondere kann die Ventilgruppe 9 in einer Basisversion der Steuereinrichtung 1 zur Ansteuerung eines einzelnen externen Kupplungsaktuators bzw. eines einfachen Zentralausrückers, in einer erweiterten Version jedoch zur Ansteuerung zweier externer Kupplungsaktuatoren oder eines doppelten Zentralausrückers ausgebildet sein.
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In Sinne einer bestmöglichen Funktionsintegration kann es in Abhängigkeit von der Getriebearchitektur der Zielapplikation sinnvoll sein, dass mindestens eine Schaltgabel 34, 44, 54 die Schaltgabeln der Schaltaktuatoren 3, 4, 5 innerhalb der Schaltgruppe 10, und damit auch innerhalb des Gehäuses 2, angeordnet ist..
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Bei Schaltaktuatoren 3, 4, 5, bei denen die Schaltgabeln 34, 44, 54 innerhalb des Gehäuses 2 angeordnet und somit direkt Bestandteil der Baueinheit der Steuereinrichtung 1 sind, kann das auf die Schaltgabeln wirkende Biegemoment, welches aus dem Achsversatz zwischen der Betätigungsachse der Schaltgabel und der Wirkachse der Schaltgabel resultiert, zu einer Biegung der Kolbenstangen 32, 42, 52 der Schaltaktuatoren 3, 4, 5 führen. Zur Reduzierung dieser Biegung, welche sich negativ auf das Verschleiß- und/oder Leckageverhalten der Schaltaktuatoren 3, 4, 5 auswirken kann, ist daher in einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung die Schaltgabel (34, 44, 54) axial zur Kolbenstange (32, 42, 52) eines Schaltaktuators fixiert, und diese Kolbenstange ist beidseitig der Schaltgabel axial verschiebbar gegen das Gehäuse (2) gelagert.
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Weiter kann in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung der Grad der Funktionsintegration weiter erhöht werden, indem mindestens ein weiterer Schaltaktuator (7) zur Auswahl der Bereichsgruppe eines Mehrbereichsgetriebes innerhalb des Gehäuses (2) angeordnet ist.
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Dieser weitere Schaltaktuator 7 kann insbesondere über eine mechanische Koppelstelle mit einer Schaltstange im Getriebe verbunden sein. Diese Koppelstelle ist im weiteren mit den entsprechenden innen liegenden Schaltelementen des Getriebes verbunden. Da die internen Schaltelemente zum Schalten der Bereichsgruppe in der Regel weit hinten im Getriebe angeordnet sind, erscheint es sinnvoll, speziell für den weiteren Schaltaktuator zur Bereichswahl von der Integration der Schaltgabeln abzusehen und anstelle dessen die mechanische Koppelstelle 76 an der Kolbenstange dieses Schaltaktuators vorzusehen.
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Detailbeschreibung
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Nachfolgend wird der Gegenstand der Erfindung anhand von Figuren erläutert, ohne dass der Gegenstand der Erfindung hierdurch beschränkt wird. Es ist gezeigt:
- 1: Basisversion der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung 1.
- 2: Erweiterte Version der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung 1.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Basisversion der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung 1 für ein schaltbares Getriebe, vorzugsweise für ein Nutzfahrzeug dar. Eine derartige Steuereinrichtung 1 umfasst dabei mindestens drei Schaltaktuatoren 3, 4, 5 für die Gangwahl, eine Mehrzahl von Ventilen (hier sechs Ventile 8a, 8b, 8c, 8d, 8e, 8f) zur Ansteuerung der Schaltaktuatoren sowie eine weitere Mehrzahl von Ventilen (hier vier Ventile 9a, 9b, 9c, 9d) zur Kupplungsansteuerung.
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Die Schaltaktuatoren 3, 4, 5 sind identisch aufgebaut und umfassen jeweils ein Zylindergehäuse 31, 41, 51. Zwischen dem Zylindergehäuse 31, 41, 51 und einer zugehörigen äußeren Lagerstelle 33, 43, 53 ist jeweils eine Kolbenstange 32, 42, 52 beweglich gelagert, so dass sie bei Ansteuerung des Schaltaktuators entlang ihrer Längsachse verschoben werden kann. Bei einer solchen Verschiebung betätigt die Kolbenstange 32, 42, 52 eine zugehörige Schaltgabel 34, 44, 54 für die Gangwahl, die hier in die Steuereinrichtung (1) integriert sind. Die Verschiebung der Kolbenstange 32, 42, 52 kann über einen zugehörigen Wegsensor 35, 45, 55 überwacht werden.
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Die Schaltaktuatoren 3, 4, 5, die Ventile 8a, 8b, 8c, 8d, 8e, 8f sowie die Ventile 9a, 9b, 9c, 9d sind in einem gemeinsamen Gehäuse 2 zusammengefasst. Innerhalb dieses Gehäuses 2 sind die Schaltaktuatoren 3, 4, 5 zu einer räumlich zusammenhängenden Schaltgruppe 10 gruppiert. Die Ventile 8a, 8b, 8c, 8d, 8e, 8f sind zu einer ersten räumlich zusammenhängenden Ventilgruppe 8 gruppiert, und die Ventile 9a, 9b, 9c, 9d sind zu einer zweiten räumlich zusammenhängenden Ventilgruppe 9 gruppiert. Die Schaltgruppe 10 sowie die Ventilgruppen 8 und 9 überlappen sich räumlich nicht, d.h. ein und dasselbe Raumgebiet innerhalb des Gehäuses 2 gehört immer nur zu einer dieser drei Funktionsgruppen.
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Die Schaltgruppe 10 enthält neben den Schaltaktuatoren 3, 4, 5 noch einen in dieser Basisversion brachliegenden Freiraum 10a, der einen weiteren Schaltaktuator aufnehmen kann. Die Ventilgruppe 8 enthält einen neben den Ventilen 8a, 8b, 8c, 8d, 8e, 8f noch einen in dieser Basisversion brachliegenden Freiraum 81, der weitere Ventile aufnehmen kann. Ebenso enthält auch die Ventilgruppe 9 neben den Ventilen 9a, 9b, 9c, 9d einen Freiraum 91, der weitere Ventile aufnehmen kann.
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In das Gehäuse 2 ist ein weiterer Schaltaktuator 7 integriert. Er schaltet die Bereichsgruppe des hier vorliegenden Mehrbereichsgetriebes und ist daher von einem anderen Typ als die Schaltaktuatoren 3, 4, 5 der Schaltgruppe 10. Er umfasst ein Zylindergehäuse 71, in dem eine Kolbenstange 72 entlang ihrer Achse (also auch entlang der Achse des Zylinders 71) verschiebbar gelagert ist. Diese Verschiebung wird über eine mechanische Koppelstelle 76 ausgekoppelt und bewirkt die Bereichswahl.
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Schließlich enthält das Gehäuse 2 auch eine elektronische Leistungs-Endstufe 100 zur Stromversorgung der Steuereinrichtung 1.
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Diese beschriebene Mindestkonfiguration kann als Steuereinrichtung 1 für ein automatisiertes Getriebe mit einer Anfahrkupplung eingesetzt werden.
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2 zeigt eine gegenüber der in 1 dargestellten Basisversion erweiterte Version der Steuereinrichtung 1. Der in der Basisversion in der Schaltgruppe 10 vorhandene Freiraum 10a ist mit einem weiteren Schaltaktor 6 ausgefüllt. Der in der Basisversion in der Ventilgruppe 8 für die Ansteuerung der Schaltaktuatoren vorhandene Freiraum 81 ist mit weiteren Ventilen 8g, 8h ausgefüllt. Ebenso ist der in der Basisversion in der Ventilgruppe 9 für die Kupplungssteuerung vorhandene Freiraum 91 mit weiteren Ventilen 9e, 9f, 9g, 9h ausgefüllt. Die erweiterte Version der Steuereinrichtung 1 findet im gleichen Gehäuse 2 Platz wie die Basisversion. Dementsprechend ist dieses Gehäuse 2 bei der Fertigung im Wesentlichen identisch zu handhaben. Es ist lediglich anders zu bestücken und mit einer geänderten Anzahl an Durchführungen zu versehen.
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In der erweiterten Version der Steuereinrichtung 1 sind zusätzlich noch eine Ventileinrichtung zur Ansteuerung einer Getriebe-Wellenbremse sowie ein Drehzahlsensor 300 integriert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Steuereinrichtung
- 2
- Gehäuse
- 3, 4, 5, 6, 7
- Schaltaktuatoren
- 8a-h
- Ventile zur Ansteuerung von Schaltaktuatoren
- 8
- Gruppe der Ventile zur Ansteuerung von Schaltaktuatoren
- 81
- Freiraum in der Gruppe 8
- 9a-h
- Ventile zur Kupplungsansteuerung
- 9
- Gruppe der Ventile zur Kupplungsansteuerung
- 91
- Freiraum in der Gruppe 9
- 10
- Schaltgruppe
- 10a
- Freiraum in der Schaltgruppe
- 31, 41, 51, 61, 71
- Zylindergehäuse
- 32, 42, 52, 62, 72
- Kolbenstangen
- 33, 43, 53, 63, 73
- Äußere Lagerstellen Kolbenstange
- 34, 44, 54, 64
- Schaltgabeln
- 35, 45, 55, 65
- Wegsensoren
- 76
- Mechanische Koppelstelle
- 100
- Elektronische Leistungs-Endstufe
- 200
- Ventileinrichtung
- 300
- Drehzahlsensor zur Ermittlung von Wellendrehzahlen
