DE102014116769A1

DE102014116769A1 - Getriebeaktuator zum Einlegen und Auslegen von Gängen eines Kfz-Getriebes

Info

Publication number: DE102014116769A1
Application number: DE102014116769.4A
Authority: DE
Inventors: Michael Hullmann; Andreas Hegerath
Original assignee: Getrag Ford Transmissions GmbH
Current assignee: Getrag Ford Transmissions GmbH
Priority date: 2014-11-17
Filing date: 2014-11-17
Publication date: 2016-05-19
Anticipated expiration: 2034-11-18
Also published as: DE102014116769B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Getriebeaktuator (20) zum Einlegen und Auslegen von Gängen eines Kfz-Getriebes, wobei der Getriebeaktuator wenigstens eine Einlegevorrichtung (21) und wenigstens eine Auslegevorrichtung (24) aufweist, wobei die Auslegevorrichtung (24) ausgelegt ist, eine einem Quellgang zugeordnete Schaltvorrichtung des KfZ-Getriebes von einer auszulegenden Endposition in eine Neutralstellung zu bewegen, und wobei die Einlegevorrichtung (21) ausgelegt ist, eine weitere, einem Zielgang zugeordnete Schaltvorrichtung des Kfz-Getriebes von einer Neutralstellung in eine einzulegende Endposition zu bewegen. Einlegevorrichtung (21) und Auslegevorrichtung (24) sind relativ zueinander bewegbar. Der Getriebeeaktuator (20) zeichnet sich dadurch aus, dass eine Kopplungsvorrichtung (45) vorgesehen ist, durch die eine Bewegung die Einlegevorrichtung (21) beim Einlegen des Zielgangs über einen gesamten Einlegeweg mit einer gleichzeitigen Bewegung der Auslegevorrichtung (24) beim Auslegen des Quellgangs gekoppelt ist. In einem Ausführungsbeispiel sind Einlegevorrichtung (21) und Auslegevorrichtung (24) drehfest verbunden, aber in axialer Richtung relativ zueinander verschiebbar.

Description

Die Erfindung betrifft einen Getriebeaktuator zum Einlegen und Auslegen von Gängen eines Kfz-Getriebes, wobei der Getriebeaktuator wenigstens eine Einlegevorrichtung und wenigstens eine Auslegevorrichtung aufweist, wobei die Auslegevorrichtung ausgelegt ist, eine einem Quellgang zugeordnete Schaltvorrichtung des Kfz-Getriebes von einer auszulegenden Endposition in eine Neutralstellung zu bewegen, und wobei die Einlegevorrichtung ausgelegt ist, eine weitere, einem Zielgang zugeordnete Schaltgabel des Kfz-Getriebes von einer Neutralstellung in eine einzulegende Endposition zu bewegen.
Ein derartiger Getriebeaktuator ist beispielsweise aus der WO 2006/076877 A1 bekannt. Der Vorteil des dort beschriebenen Getriebeaktuators besteht darin, dass die Gänge des Kfz-Getriebes auch nicht-sequentiell geschaltet werden können. So kann, beispielsweise von einem fünften Vorwärtsgang in einen ersten Vorwärtsgang geschaltet werden, ohne dass dabei sequentiell die dazwischen liegenden Vorwärtsgänge ein- bzw. ausgelegt werden müssen.
Der in der WO 2006/076877 A1 offenbarte Getriebeaktuator weist eine Spindelwelle mit Gewindeabschnitten auf, durch die die Einlegevorrichtung und Auslegevorrichtung jeweils über mit der Spindelwelle zusammenwirkende Spindel-Innengewinde angetrieben werden. Die Einlegevorrichtung legt beim Einlegen des Zielgangs einen Einlegeweg zurück, der wesentlich länger ist als ein Auslegeweg, den die Auslegevorrichtung zurücklegt, um den Quellgang auszulegen. Da beim Ein- bzw. Auslegevorgang die Einlegevorrichtung und die Auslegevorrichtung ausgehend von einer gleichen Startposition gleichzeitig starten und sich gleich schnell bewegen, wird nach Erreichen des Endes des Auslegewegs die Auslegevorrichtung von der Spindelwelle entkoppelt, indem das Spindel-Innengewinde der Auslegevorrichtung aus dem entsprechenden Gewindeabschnitt der Spindelwelle herausläuft. In diesem entkoppelten Zustand bewegt sich die Auslegevorrichtung nicht weiter, während die Einlegevorrichtung weiter bewegt wird, bis auch sie vollständig ihren Weg (den Einlegeweg) zurückgelegt hat. Um nach erfolgtem Ein- und Auslegen der Gänge die Einlegevorrichtung und die Auslegevorrichtung wieder in die Startposition zu bringen, muss die Einlegevorrichtung nun in entgegengesetzter Richtung den gesamten Einlegeweg zurück laufen. Auch die Auslegevorrichtung wird nun in entgegen gesetzter Richtung wieder entlang des Auslegewegs bewegt, wobei hierfür ein Einfädeln des Spindel-Innengewindes der Auslegevorrichtung in den entsprechenden Gewindeabschnitt der Spindelwelle notwendig ist.
Da im Betrieb eines üblicherweise in der Großserie hergestellten Kfz-Getriebes zum Teil sehr unterschiedliche Verhältnisse herrschen können (Betrieb im kalten und warmen Zustand, Verschleiß, Fertigungstoleranzen), kann das Einfädeln des Spindel-Innengewindes zu großen Problemen führen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, einen Getriebeaktuator bereitzustellen, der eine nicht-sequenzielle Schaltung von Gängen zulässt, zuverlässig arbeitet und sich einfach herstellen lässt.
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird mit der Merkmalskombination gemäß Anspruch 1 gelöst. Ausführungsbeispiele der Erfindung können den Unteransprüchen entnommen werden.
Erfindungsgemäß ist eine Kopplungsvorrichtung vorgesehen, durch die eine Bewegung der Einlegevorrichtung bei einem Einlegen des Zielgangs über den gesamten Einlegeweg mit einer gleichzeitigen Bewegung der Auslegevorrichtung beim Auslegen des Quellgangs gekoppelt ist, wobei beim Einlegen des Zielgangs sich die Einlegevorrichtung relativ zur Auslegevorrichtung bewegt. Im Gegensatz zum oben beschriebenen Stand der Technik ( WO 2006/076877 A1 ) findet während des Einlege- und Auslegevorgangs keine Entkopplung der Auslegevorrichtung von einem die Auslegevorrichtung bewegenden oder antreibenden Bauteil statt. Entsprechend ist es auch nicht notwendig, nach erfolgter Entkopplung eine Kopplung zwischen Auslegevorrichtung und dem betreffenden antreibenden Bauteil wieder herzustellen.
In einem Ausführungsbeispiel weist ein Verhältnis von einer Positionsänderung der Einlegevorrichtung beim Einlegen des Zielgangs zu einer Positionsänderung der Auslegevorrichtung beim Auslegen des Quellgangs über zumindest einen wesentlichen Teil des Einlegewegs einen Wert über 1,5 (beispielsweise zwischen 1,6 und 3) auf. Beträgt das Verhältnis beispielsweise 2, so legt die Einlegevorrichtung zwei Wegeinheiten und die Auslegevorrichtung dabei eine Wegeinheit zurück. Wenn beispielsweise der Einlegeweg doppelt so lang ist wie der Auslegeweg, so beträgt das Verhältnis von Positionsänderung der Einlegevorrichtung zu Positionsänderung der Auslegevorrichtung im Mittel 2. Das Verhältnis kann über dem Einlegeweg konstant oder näherungsweise konstant (beispielsweise mit einer relativen Abweichung von kleiner plus/minus 10 Prozent) sein, es kann aber auch variieren. Betrachtet man die Positionsänderung der Einlegevorrichtung und die Positionsvorrichtung der Auslegevorrichtung in einem Zeitintervall, so kann auch von einer Schaltgeschwindigkeit der Einlegevorrichtung und von einer Schaltgeschwindigkeit der Auslegevorrichtung ausgegangen werden, die dann im besagten Verhältnis zueinander stehen. Es sei darauf hingewiesen, dass beim Einlege- und Auslegevorgang die Schaltgeschwindigkeit der Einlegevorrichtung nicht konstant sein muss. Durch die Kopplungsvorrichtung und bei einem zu Grunde gelegten Verhältnis von 2 wird jedoch sichergestellt, dass, unabhängig von der absoluten Schaltgeschwindigkeit der Einlegevorrichtung, die Einlegevorrichtung sich doppelt so schnell bewegt wie die Auslegevorrichtung, oder innerhalb eines Zeitintervalls einen doppelt so langen Weg zurücklegt wie die Auslegevorrichtung.
Das Verhältnis des Einlegewegs der Einlegevorrichtung zu Auslegeweg der Auslegevorrichtung kann Werte zwischen 1,5 bis 3,5 annehmen. Vorzugsweise liegt das Verhältnis zwischen 2 und 3, beispielsweise zwischen 2,4 und 2,8).
Je nach Ausführung des Getriebeaktuators kann es sein, dass sich das Verhältnis von Positionsänderung oder Schaltgeschwindigkeit der Einlegevorrichtung zu Positionsänderung oder Schaltgeschwindigkeit der Auslegevorrichtung am Anfang des Einlegewegs und oder am Ende des Einlegewegs von den Werten des Verhältnisses zwischen Anfang und Ende des Einlegewegs deutlich unterscheiden. Ein wesentlicher Teil des Einlegewegs soll einen mittleren Abschnitt des Einlegerwegs darstellen, wobei die Länge des mittleren Abschnitts mindestens 80, 90 oder gar 95 Prozent des gesamten Einlegeweg beträgt.
Die Kopplungsvorrichtung kann so ausgebildet sein, dass sie die Einlegevorrichtung und die Auslegevorrichtung beim Einlegen und Auslegen der Gänge nur über mechanische Bauteile koppelt. Auch ist es möglich, dass die Kopplungsvorrichtung hydraulische Bauteile umfasst.
In einer Ausführung der Erfindung weist die Kopplungsvorrichtung einen Hebel auf, der an einem ersten Ende an der Einlegevorrichtung anliegt oder mit ihr verbunden ist und an einem zweiten Ende um eine Hebelachse schwenkbar gelagert ist, wobei der Hebel einen Angriffspunkt für die Auslegevorrichtung aufweist, der zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende angeordnet ist. Beträgt beispielsweise ein Abstand des ersten Endes des Hebels und der Hebelachse in einer Richtung quer zu der Bewegungsrichtung von Einlegevorrichtung und Auslegevorrichtung zwei Längeneinheiten und ein entsprechender Abstand zwischen dem Angriffspunkt und der Hebelachse eine Längeneinheit, so bewirkt eine Drehung des Hebels um die Hebelachse, dass die Auslegevorrichtung einen halb so langen Weg zurücklegt wie die Einlegevorrichtung.
Mindestens eine Federvorrichtung kann zwischen Einlegevorrichtung und Auslegevorrichtung angeordnet sein, wobei die Federvorrichtung die Einlegevorrichtung gegen den Hebel drückt. Zudem kann die Federvorrichtung dafür sorgen, dass die Auslegevorrichtung mit dem Angriffspunkt mit dem Hebel spielfrei bzw. definiert gekoppelt ist.
Der Getriebeaktuator kann eine Welle umfassen, die mit der Einlegevorrichtung und der Auslegevorrichtung mittelbar oder unmittelbar gekoppelt ist und die sich in eine erste Drehrichtung, die als Wähldrehrichtung bezeichnet werden kann, sowie in eine zweite Drehrichtung, die als Schaltdrehrichtung bezeichnet werden kann, drehen lässt. Die Einlegevorrichtung und die Auslegevorrichtung sind dabei in beiden Drehrichtungen (Schaltdrehrichtung und Wähldrehrichtung) miteinander fest verbunden. Es besteht also eine drehfeste Verbindung zwischen Einlegevorrichtung und Auslegevorrichtung. In axialer Richtung der Welle sind sie aber zueinander verschiebbar. Durch die Kopplungsvorrichtung jedoch ist die relative Verschiebbarkeit zwischen Auslegevorrichtung und Einlegevorrichtung vorgegeben.
In einem Ausführungsbeispiel dreht sich bei Drehung der Welle in Wähldrehrichtung die Einlegevorrichtung und die Auslegevorrichtung mit der Welle mit, wenn sich die Einlegevorrichtung in einer Festsitzposition befindet. Die Festsitzposition soll dabei eine Position der Einlegevorrichtung definieren, bei der ein entsprechend großes Drehmoment zwischen Einlegevorrichtung und Welle vorzugsweise durch Reibschluss übertragbar ist, durch das sich die Einlegevorrichtung mit der Welle mitdreht, selbst wenn dabei gewisse Widerstände überwunden werden müssen. Das Drehmoment zwischen Welle und Einlegevorrichtung kann grundsätzlich auch über einen Formschluss übertragen werden. Die Einlegevorrichtung muss sich dabei in einer Position (vorzugsweise in einer Startposition) befinden, die eine Drehung der Einlegevorrichtung, also eine Auswahl der Schaltvorrichtungen bzw. Schaltgabeln des KfZ-Getriebes ermöglicht.
Die Festsitzposition der Einlegevorrichtung kann je nach Ausführung des Getriebeaktuators auch als eine Verspannposition oder als eine Anschlagposition bezeichnet werden. Vorzugsweise fällt die Festsitzposition mit der Startposition der Einlegevorrichtung zusammen. Von dieser Startposition startet die Einlegevorrichtung, um beim Einlegen des Zielgangs den erforderlichen Einlegeweg zurück zu legen. Startposition und Verspannposition können sich aufgrund von durch einen Verspannzustand hervorgerufene Materialdehnungen bzw. -stauchungen leicht unterscheiden.
Dreht sich die Welle in entgegen gesetzter Richtung, also in Schaltdrehrichtung, bewegen sich die Einlegevorrichtung und die Auslegevorrichtung in axialer Richtung der Welle. Sie legen dabei in Abhängigkeit der durch die Kopplungsvorrichtung vorgegebenen Verhältnisse unterschiedliche Wege zurück.
Ein Freilauf kann vorgesehen sein, der bei Drehung der Welle in Schaltdrehrichtung eine feste Drehposition der Auslegevorrichtung und somit auch der Einlegevorrichtung sicherstellt. Dreht sich die Welle in Wähldrehrichtung, so lässt der Freilauf ein Mitdrehen der Auslegevorrichtung oder der Einlegevorrichtung grundsätzlich zu.
In einem Ausführungsbeispiel stellt der Freilauf bis zu einem bestimmten Momenten-Schwellenwert und/oder in Abhängigkeit einer axialen Lage der Auslegevorrichtung eine feste Drehposition der ersten Auslegevorrichtung bei Drehung in Wähldrehrichtung sicher. Somit kann der Freilauf auch in Wähldrehrichtung der Welle eine sperrende Wirkung entfalten, soweit der Momenten-Schwellenwert nicht überschritten wird oder soweit die Auslegevorrichtung sich in einer axialen Lage befindet, in der der Freilauf auch in Wähldrehrichtung als Sperre fungiert.
In einem Ausführungsbeispiel ist der Freilauf schaltbar. Dabei wird in einem Schaltzustand des Freilaufs eine drehfeste Position von Auslegevorrichtung und Einlegevorrichtung sichergestellt, unabhängig davon, ob sich die Welle in Schaltdrehrichtung oder in Wähldrehrichtung dreht. In einem anderen Schaltzustand hingegen kann diese sperrende Wirkung für die Wähldrehrichtung, die Schaltdrehrichtung oder für beide Richtungen vollständig aufgehoben sein.
Die Einlegevorrichtung kann eine Spindelmutter aufweisen, die mit einem Gewinde auf der Welle in Eingriff steht, wobei bei Drehung der Welle in Schaltdrehrichtung die Einlegevorrichtung die Axialbewegung durchführt. Die Spindelmutter weist dabei ein Spindel-Innengewinde auf, das mit dem Spindel-Außengewinde der Welle zusammenwirkt. Durch die separat ausgeführte Spindelmutter kann die Reibpaarung Spindel-Außengewinde/Spindel-Innengewinde gezielt eingestellt werden.
Auch die Auslegevorrichtung kann eine Spindelmutter aufweisen, die mit einem weiteren Gewinde auf der Welle in Eingriff steht. Die Gewinde auf der Welle sind dabei mit unterschiedlichen Gewindesteigungen ausgestattet, so dass sich die Einlegevorrichtung bei einer Umdrehung der Welle entsprechend mehr in axialer Richtung bewegt als die Auslegevorrichtung. In diesem Fall würden die Spindelmuttern von Einlegevorrichtung und Auslegevorrichtung sowie die unterschiedlichen Gewinde auf der Welle die Kopplungsvorrichtung oder zumindest Teile der Kopplungsvorrichtung darstellen.
Die oben beschriebene Festsitzposition der Einlegevorrichtung kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Einlegevorrichtung in axialer Richtung gegen eine Anlaufreibscheibe läuft. Ein Reibschluss baut sich dann zwischen Anlaufreibscheibe und Einlegevorrichtung auf, durch den die Einlegevorrichtung mit der Welle in Wähldrehrichtung mitgedreht wird.
Neben der wenigstens einen Einlegevorrichtung, die auch als erste Einlegevorrichtung bezeichnet werden kann, kann eine zweite Einlegevorrichtung vorgesehen sein, wobei eine Axialbewegung der zweiten Einlegevorrichtung der Axialbewegung der ersten Einlegevorrichtung entgegen gesetzt ist, wenn sich die Welle in Schaltdrehrichtung dreht. Vorzugsweise bewegen sich die erste und zweite Einlegevorrichtung aufeinander zu, wenn die Welle in Schaltdrehrichtung gedreht wird. Alternativ ist es möglich, dass sich bei Drehung in Schaltdrehrichtung die Einlegevorrichtungen voneinander weg bewegen.
Neben der wenigstens einen Auslegevorrichtung, die auch als erste Auslegevorrichtung bezeichnet werden kann, kann eine zweite Auslegevorrichtung vorgesehen sein, wobei eine Axialbewegung der zweiten Auslegevorrichtung der Axialbewegung der ersten Auslegevorrichtung entgegen gesetzt ist, wenn sich die Welle in Schaltdrehrichtung dreht. Dabei können sich die beiden Auslegevorrichtungen bei Drehung der Welle in Schaltdrehrichtung aufeinander zu bewegen oder sich auseinander bewegen.
In einer Ausführung der Erfindung sind die erste Auslegevorrichtung und die zweite Auslegevorrichtung bzw. die erste Einlegevorrichtung und die zweite Einlegevorrichtung über die Kopplungsvorrichtung miteinander verbunden. Vorzugsweise ist dabei die Kopplungsvorrichtung ausgelegt, axiale Zugkräfte zwischen den Auslegevorrichtungen bzw. den Einlegevorrichtungen aufzunehmen. Dadurch ist es möglich, die Auslegevorrichtungen bzw. die Einlegevorrichtungen so gegenseitig zu verspannen, dass sich große Reibkräfte beispielsweise zwischen der Spindelmutter der ersten Einlegevorrichtung und der Welle aufbauen, durch die ein genügend großes Drehmoment von der Welle auf die erste Einlegevorrichtung übertragen wird, um bei Drehung der Welle in Wähldrehrichtung die Einlegevorrichtung und auch die Auslegevorrichtung mit der Welle synchron mitdrehen zu lassen.
Die Kopplungsvorrichtung kann neben dem wenigstens einen Hebel, der auch als ein erster Hebel bezeichnet werden kann, einen zweiten Hebel aufweist, der an einem ersten Ende an der zweiten Einlegevorrichtung anliegt oder mit ihr verbunden ist und an einem zweiten Ende um eine Hebelachse schwenkbar gelagert ist, wobei der Hebel einen Angriffspunkt für die zweite Auslegevorrichtung aufweist, der zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende angeordnet ist.
Die Hebelachse des ersten Hebels und die Hebelachse des zweiten Hebels können voneinander beabstandet sein. Sie können dabei durch eine Koppelstange miteinander verbunden sein, die Druck- und Zugkräfte aufnehmen kann. Durch die Koppelstange wird vermieden, dass auch bei einem Verhältnis von Einlegeweg zu Auslegeweg größer als 2 (beispielsweise 2,5 bis 3) die Hebel sich in ihrem Schwenkbereich zu sehr von einer senkrechten Grundausrichtung wegbewegen, was zu ungünstigen Hebelverhältnissen mit sehr großen Winkeln führen kann.
Die erste Einlegevorrichtung kann wenigstens einen Einlegefinger aufweisen, der beim Schalten (Drehung der Welle in Schaltdrehrichtung) an der Schaltvorrichtung des Zielgangs anliegt und diese entsprechend bewegt. Vorzugsweise weist die erste Einlegevorrichtung zwei Einlegefinger auf, die um 180 Grad versetzt sind. Die zweite Einlegevorrichtung kann ebenfalls wenigstens einen oder bevorzugt zwei, um 180 Grad versetzte Einlegefinger aufweisen. Die erste Einlegevorrichtung und die dazu drehfeste zweite Einlegevorrichtung, die in axialer Richtung aber zueinander verschiebbar sind, sind vorzugsweise so angeordnet, dass die Einlegefinger der ersten Einlegevorrichtung und die Einlegefinger der zweiten Einlegevorrichtung in Drehrichtung versetzt angeordnet sind, vorzugsweise um 90 Grad. Mit anderen Worten: Einem Einlegefinger steht in axialer Richtung der Welle kein anderer Einlegefinger gegenüber.
Die erste Auslegevorrichtung und die zweite Auslegevorrichtung können jeweils vier Auslegefinger umfassen. Sie sind vorzugsweise im Abstand von 90 Grad gleichmäßig am Unfang der Auslegevorrichtungen angeordnet. In der Anordnung im Getriebeaktuator sind die zueinander drehfesten Auslegevorrichtungen so angeordnet, dass ein Auslegefinger der ersten Auslegevorrichtung einem Auslegefinger der zweiten Auslegevorrichtung gegenübersteht. Insgesamt werden somit vier Paare gebildet, die jeweils aus zwei sich gegenüber stehenden Auslegefinger bestehen.
Anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
1 schematisch einen Getriebeaktuator und Schaltvorrichtungen zum Einlegen und Auslegen von Gängen eines Kfz-Getriebes;
2, 3 die grundsätzliche Funktionsweise des Getriebsaktuators der 1 (siehe 2a bis 2e, 3a bis 3d)
4 eine erste Ausführung für den erfindungsgemäßen Getriebeaktuator in perspektivischer Ansicht;
5 den Getriebeaktuator der 4 in der Draufsicht;
6 den Getriebeaktuator gemäß 3, jedoch mit zusammen gefahrenen Einlegevorrichtungen;
7 den Getriebeaktuator der 5 in der Draufsicht;
8 eine zweite Ausführung für den erfindungsgemäßen Getriebeaktuator in perspektivischer Ansicht;
9 den Getriebeaktuator der 8 in der Seitenansicht, jedoch mit zusammen gefahrenen Einlegevorrichtungen; und
10 eine dritte Ausführung für den erfindungsgemäßen Getriebeaktuator in perspektivischer Ansicht.
1 zeigt schematisch einen Getriebeaktuator, der in seiner Gesamtheit mit 20 bezeichnet wird. Der Getriebeaktuator 20 weist eine erste Einlegevorrichtung 21 mit zwei diametral angeordneten Einlegefingern 22, 23 (siehe E) auf. Des Weiteren weist der Getriebeaktuator 20 eine erste Auslegevorrichtung 24 auf, die vier am Umfang gleichmäßig verteilte Auslegefinger 25, 26, 27, 28 (siehe A) aufweist. Zwei benachbarte Auslegefinger (beispielsweise 26, 27) weisen in Umfangsrichtung einen Abstand von 90 Grad auf.
Durch die erste Auslegevorrichtung 24 ist eine zweite Einlegevorrichtung 29 fast vollständig verdeckt, von der lediglich zwei um 180 Grad versetzte Einlegefinger 30, 31 in 1 zu erkennen sind. Von der ersten Auslegevorrichtung 24 ist zudem eine zweite Auslegevorrichtung vollständig verdeckt, auf die im Folgenden aber noch näher eingegangen wird.
Die Einlegevorrichtung 21, 29 sowie die erste Auslegevorrichtung 24 und die in 1 nicht sichtbare zweite Auslegevorrichtung lassen sich um eine Drehachse AX drehen. Die Drehachse erstreckt sich dabei senkrecht zur Zeichenebene der 1.
Des Weiteren zeigt 1 nur schematisch Schaltvorrichtungen 10, 11, 12 und 13 zum Einlegen und Auslegen von Gängen eines hier nicht weiter dargestellten Kfz-Getriebes. Eine Schaltgabel kann eine solche Schaltvorrichtung darstellen oder auch ein Teil von ihr sein.
Beispielsweise lässt sich durch die Schaltvorrichtung 10 ein vierter Vorwärtsgang und ein Rückwärtsgang R des Kfz-Getriebes einlegen. Wird die Schaltvorrichtung 10 parallel zur Drehachse AX, also senkrecht zur Zeichenebene der 1 nach unten bewegt, lässt sich der vierte Vorwärtsgang einlegen. Bei einer Bewegung der Schaltdrehrichtung 10 entlang der Drehachse A aus der Zeichenebene heraus kann der Rückwärtsgang R eingelegt werden. Aus 1 ist zu ernehmen, dass der Einlegefinger 22 in Überdeckung steht mit der Schaltvorrichtung 11, durch die ein dritter Vorwärtsgang und ein fünfter Vorwärtsgang des Kfz-Getriebes eingelegt werden können. Wird der Einlegefinger 22 des Getriebeaktuators 20 in der Darstellung der 1 entlang der Drehachse AX nach unten gedrückt, wird der dritte Rückwärtsgang eingelegt. Der Getriebeaktuator 20, was im Folgenden noch näher erläutert wird, ist dabei so ausgelegt, dass beim Einlegen des dritten Vorwärtsgangs die Schaltvorrichtung 13 in eine Neutralposition gedrückt wird. Somit stellt der Getriebeaktuator 20 sicher, dass von den ungeraden Vorwärtsgängen 1, 7, 3, 5 nur ein Vorwärtsgang eingelegt sein kann.
Bei dem hier nicht weiter dargestellten Kfz-Getriebe kann es sich um ein Doppelkupplungsgetriebe handeln, das den Getriebeaktuator 20 oder, allgemein, den erfindungsgemäßen Getriebeaktuator umfasst. Das Doppelkupplungsgetriebe kann zwei Teilgetriebe aufweisen, wobei einem ersten Teilgetriebe die ungeraden Vorwärtsgänge 1, 3, 5 und 7 und einem zweiten Teilgetriebe die geraden Vorwärtsgänge 2, 4 und 6 sowie der Rückwärtsgang R zugeordnet sind. Mit der Schaltvorrichtung 10 lässt sich beispielsweise eine Schiebemuffe des Kfz-Getriebes axial verschieben, durch die ein dem vierten Vorwärtsgang zugeordnetes Losrad bzw. ein dem Rückwärtsgang R zugeordnetes Losrad mit einer entsprechenden Welle im Kfz-Getriebe drehfest verbunden werden kann.
In der in 1 gezeigten Drehposition der Einlegevorrichtungen 21, 29 und der dazu drehfest angeordneten ersten Auslegevorrichtung 24 (sowie der vollständig verdeckten zweiten Auslegevorrichtung) lässt sich ein Gangwechsel im ersten Teilgetriebe des Doppelkupplungsgetriebes durchführen. In einer anderen Drehposition, die von der in 1 gezeigten Drehposition im Uhrzeigersinn um den Drehwinkel α versetzt ist, ließe sich durch den Getriebeaktuator 20 ein Gangwechsel im zweiten Teilgetriebe realisieren. In diesem Fall würde der Einlegefinger 22 in Überdeckung sein mit der Schaltvorrichtung 10, durch die der vierte Vorwärtsgang eingelegt werden kann. In der um den Drehwinkel α versetzten Drehposition würde zudem der Auslegefinger 28 in Überdeckung sein mit der Schaltvorrichtung 12. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, für den Drehwinkelabstand (bezogen auf die Drehachse AX) zwischen zwei Schaltvorrichtungen 10, 12 bzw. 11, 13 eines Teilgetriebes 45 Grad zu wählen. Der Drehwinkel α beträgt dabei bevorzugt 22,5 Grad.
Anhand der 2 und 3 (siehe 2a bis 3d) soll die grundsätzliche Funktionsweise des Getriebeaktuators 20 verdeutlicht werden. Im Gegensatz zur Darstellung der 1, bei denen die Schaltvorrichtungen 10 bis 13 senkrecht zur Zeichenebene verschiebbar angeordnet sind, sollen in der Darstellung der 2 und 3 die Schaltvorrichtungen 10 bis 13 nach links und rechts verschiebbar sein. 2 (siehe beispielsweise 2a) zeigt die Auslegefinger 26, 25, 28 der ersten Auslegevorrichtung 24 in der Abwicklung. Des Weiteren sind in 2a auch der Einlegefinger 23 der ersten Einlegevorrichtung 21 sowie die Einlegefinger 30, 31 der zweiten Einlegevorrichtung 29 in abgewickelter Darstellung gezeigt. In 2 sind auch die Auslegefinger der in 1 vollständig verdeckten, aber in den 4 bis 6 dargestellten zweiten Auslegevorrichtung 32 zu erkennen. Die Auslegefinger sind mit dem Bezugszeichen 33, 34, 35 und 36 versehen. Wie aus 2 zu entnehmen ist, stehen sich jeweils ein Paar von Auslegerfingern gegenüber (beispielsweise Auslegefinger 28, 36), während ein Einlegefinger kein Gegenüber aufweist. In der Darstellung der 2 entspricht der vertikale Abstand zwischen den Einlegefingern 30, 31 einem Drehwinkel von 180° in der Darstellung der 1.
2a zeigt die Schaltvorrichtungen 10, 11, 12 und 13 jeweils in einer Neutralstellung. Alle Einlege- und Auslegefinger befinden sich in einer Startposition. Hier liegenalle linken Einlege- und Auslegefinder in einer Ebene, dargestellt durch die entsprechende gestrichelte Linie. Entsprechendes gilt auch für alle rechten Einlege- und Auslegefinger der 2a. Je nach Auslegung der Getriebevorrichtung kann es sein, dass die Startposition der Einlegefinger und die Startposition der Auslegefinger nicht in einer Ebene liegen, sondern versetzt zueinander sind.
Um nun den ersten Vorwärtsgang (kurz: ersten Gang) des Kfz-Getriebes einzulegen, wird ausgehend von der in 2a gezeigten Position der Einlegefinger 23 nach links verschoben, wodurch die Schaltvorrichtung 13 derart verschoben wird, dass der erste Gang eingelegt wird (siehe 2b). Jedoch wird nicht nur der Einlegefinger 23 der ersten Einlegevorrichtung 21 bewegt, sondern auch der Einlegefinger 31 der zweiten Einlegevorrichtung 29. Der Einlegefinger 31 weist jedoch dabei eine Drehposition auf, bei der er nicht in Eingriff mit einer der Schaltvorrichtungen 10 bis 13 steht.
Die gegenüber liegenden Auslegefinger 25, 33 bewegen sich ausgehend von der Startposition in 2a aufeinander zu und fixieren dabei die Neutralstellung N der Schaltvorrichtung 11, mit der die Vorwärtsgänge 3 und 5 eingelegt werden können. Die Auslegefinger 33, 25 stellen somit sicher, dass in dem ersten Teilgetriebe nur ein Gang eingelegt sein kann. Würde sich die Schaltvorrichtung 11 nicht in der gezeigten Neutralstellung N befinden, würden die Auslegefinger 33, 25 die Schaltvorrichtung 11 in die Neutralstellung drücken.
Es sei darauf hingewiesen, dass auch die übrigen Einlegefinger und Auslegefinger aufeinander zu bewegt werden, die jedoch nicht in Überdeckung mit einer der Schaltvorrichtungen 10 bis 13 stehen. Sie werden zwar gleichzeitig mit den Auslegerfingern 25, 33 sowie dem Einlegefinger 23 bewegt, bleiben aber wirkungslos.
Nachdem der erste Gang eingelegt worden ist (siehe 2b), werden die Einlege- und Auslegefinger wieder in deren Startposition zurück gefahren (siehe 2c). Die Einlegevorrichtungen 21, 29 sowie die Auslegevorrichtungen lassen sich nun gegenüber den Schaltvorrichtungen 10 bis 13 verdrehen bzw. in der Darstellung der 2, vertikal dazu verschieben, um andere Schaltvorrichtungen 10, 12 zu bestätigen. Wie insbesondere in Zusammenschau der 2c und 2d zu erkennen ist, sind nun die Einlege- und Auslegefinger gegenüber den Schaltvorrichtungen 10 bis 13 in der Darstellung der 2 in vertikaler Richtung um einen Weg 37 (entspricht dem Abstand eines Referenzpunkts 38) verschoben. Dieser Weg 37 korrespondiert mit einem Verdrehwinkel der Einlege- und Auslegevorrichtungen.
Die Änderung der Positionen der Einlege- und Auslegefinger ausgehend von 2d zu 2e entspricht der Positionsänderung der Einlege- und Auslegefinger von 2a zu 2b, wobei hier nun andere Schaltvorrichtungen 10, 12 vorgewählt und dann betätigt werden.
Der Vorwahl und der Betätigung der entsprechenden Schaltvorrichtungen folgt immer ein Zurückfahren aller Einlege- und Auslegefinger in deren Startposition.
Die 3b, 3c und 3d zeigen diese Abfolge von Vorwahl, Schalten und Zurückfahren in die Startposition, wobei hier beim Schalten in den dritten Gang gleichzeitig der eingelegte erste Gang durch die Auslegefinger in die Neutralstellung geschoben wird. Die Startpositionen der Einlege- und Auslegefinger liegen hier für die erste Einlegevorrichtung und die erste Auslegevorrichtung in einer Ebene bzw. in einer dazu parallelen Ebene für die zweite Eingelegevorrichtung und die zweite Augslegevorrichtung. Die Startpositionen, um den zurück zu legenden Weg beispielsweise eines Einlegefingers klein zu halten, sind dabei so ausgelegt, dass die Einlegefinger und Auslegefinger bei sich drehenden Einlegevorrichtungen und die Auslegevorrichtungen die in Endpositionen befindlichen Schaltvorrichtungen gerade nicht berühren.
Soll ein Gang des Kfz-Getriebes eingelegt werden, so wird die betreffende Schaltvorrichtung durch einen der Einlegefinger in eine Endposition gedrückt. Der Einlegefinger (und im Übrigen synchron auch alle anderen Einlegefinger) legen dabei ausgehend von der Startposition einen Einlegeweg zurück, der hier doppelt so lang ist wie ein Auslegeweg, den ein Auslegefinger ausgehend von dessen Startposition zurück legt, um die Schaltvorrichtung des auszulegenden Gangs in die Neutralstellung zu drücken bzw. sicherzustellen, dass sich diese Schaltvorrichtung in der Neutralstellung befindet.
Beträgt ein Schaltweg der Schaltvorrichtung beispielsweise 10 Millimeter von der Neutralstellung jeweils in eine der beiden Endpositionen, so legen gemäß der Auslegungen nach den 2 und 3 die Einlegefinger beim Schalten eines Ganges jeweils 20 Millimeter zurück. Der Auslegeweg der Auslegefinger beträgt 10 Millimeter, nämlich genau die Wegstrecke, die notwendig ist, eine Schaltvorrichtung von einer auszulegenden Endposition in die Neutralstellung zu drücken. Befindet sich ein Gang in einer auszulegenden Endposition, so muss bei den üblicherweise in Kfz-Getrieben eingesetzten Synchron-Gangschaltkupplungen ausgehend von der Endposition eine Schaltvorrichtung etwa 5 Millimeter zurücklegen, um den Formschluss zwischen einem dem auszulegenden Gang zugeordneten Kupplungsring der Gangschaltkupplung und der Schiebemuffe aufzuheben. Da die Einlegefinger dann bereits die doppelte Weglänge zurückgelegt haben, kann unmittelbar nach Auflösen des Formschlusses des auszulegenden Ganges mit der Synchronisation des einzulegenden Ganges begonnen werden, die üblicherweise nahe der Neutralstellung beginnt. Der erfindungsgemäße Getriebeaktuator 20 ermöglicht somit ein Verfahren, das Auslegen des auszulegenden Ganges und das Einlegen des einzulegenden Ganges mit einer gewissen zeitlichen Überschneidung stattfinden zu lassen. Die Synchronisation des einzulegenden Ganges beginnt dabei unmittelbar nach Auflösen des Formschlusses des auszulegenden Ganges, ohne dass abgewartet wird, dass die Schaltvorrichtung für den auszulegenden Gang sich bereits in der Neutralstellung befindet. Somit ist, auch unabhängig, von dem hier beanspruchten Getriebeaktuator, ein Verfahren offenbart, bei dem die Synchronisation des einzulegenden Gangs bereits unmittelbar nach Aufheben eines Formschlusses des auszulegenden Gangs beginnt. Eine Weiterführung dieses Verfahrens sieht dabei vor, dass der Auslegeweg, den ein Auslegefinger bei Auslegen zurücklegt, 30 bis 60% (vorzugsweise 35 bis 50%) des Einlegewegs beträgt
Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass der Auslegeweg eines Auslegefingers nicht zu verwechseln ist mit dem Schaltweg der Schaltvorrichtung, die mit dem Auslegefinger von der Endposition in die Neutralstellung gedrückt wird. Die Länge des Auslegewegs kann, wie oben im Beispiel der 2 und 3 beschrieben, der Länge des Schaltwegs der Schalteinrichtung (der Weg, den die Schalteinrichtung beim Schalten zurücklegt) entsprechen. Es kann aber zu kleineren und auch größeren Abweichungen zwischen Auslegeweg des Auslegefingers und Schaltweg der Schaltvorrichtungen kommen. Zunächst kann ein Spiel von beispielsweise 0,5 mm zwischen dem Auslegefinger in Startposition und einer in Endposition befindlichen Schaltvorrichtung vorgesehen sein, damit beim Wählen der Auslegefinger sicher an der Schaltvorrichtung vorbei geführt werden kann. Zudem kann der Auslegefinger die Schaltvorrichtung nur bis zu einem bestimmten Punkt nahe der Neutralstellung schieben. Durch andere Mittel wie beispielsweise einen Selbsteinzug in Nähe der Neutralstellung muss dann sichergestellt werden, dass von diesem Punkt aus die Schaltvorrichtung dann wirklich auch in die Neutralstellung gelangt.
Größere Abweichungen zwischen der Länge des Auslegewegs und der Länge des Schaltwegs der Schaltvorrichtungen eines auszulegenden Gangs können sich ergeben, wenn das Verhältnis Einlegeweg zu Auslegeweg verschieden von 2 ist. Ist das Verhältnis Einlegeweg zu Auslegeweg kleiner als 2, muss die Startposition des Auslegefingers gegenüber der Startposition des Einlegefingers zurückversetzt werden. Der Auslegefinger durchläuft dann erst einen Leerweg (der dann Teil des gesamten Auslegewegs ist), bis der Auslegefinger auf die Schaltvorrichtung trifft und diese dann mitbewegt.
Für einen Einlegefinger gilt Entsprechendes: Auch hier können kleinere Abweichungen zurückzuführen sein auf eine spielbehaftete Auslegung der Startposition oder auf die besondere Auslegung des Ende des Einlegewegs, welches nicht unbedingt mit der Endposition der Schaltvorrichtung des einzulegenden Ganges zusammenfallen muss. Zusätzliche Mittel (zum Beispiel Selbsteinzug) können dafür sorgen, dass die Schaltvorrichtung die Endposition sicher erreicht, wenn der Einlegefinger die Schaltvorrichtung zumindest in die Nähe der Endposition gebracht hat. Bei einem Verhältnis Einlegeweg zu Auslegeweg größer 2 ist die Startposition des Einlegefingers zur Startposition des Auslegefingers zurückversetzt. Der Einlegefinger muss dabei erstmal eine gewisse Strecke (erster Teil eines Leerwegs) zurücklegen, bis er die Startposition des Auslegefingers erreicht. Dem folgt eine weitere Wegstrecke (zweiter Teil des Leerwegs), in der der Einlegefinger ohne Kontakt zur Schaltvorrichtung des einzulegenden Ganges weiterläuft. Im obigen Beispiel, in dem der Schaltweg der Schaltvorrichtung 10 Millimeter von der Neutralstellung jeweils in eine der beiden Endpositionen beträgt, kann der Leerweg des Einlegefingers beispielsweise 16 mm betragen, was dann zu einem Verhältnis Einlegeweg zu Auslegeweg von 2,6 ((16 mm + 10 mm)/10 mm = 2,6) führt.
In einer bevorzugten Variante ist der Getriebeaktuator so ausgelegt, dass zwei sich gegenüber stehende Auslegefinger an der dazwischen liegenden Schaltvorrichtung bzw. an einem Mitnehmer der Schaltvorrichtung anliegen, während der Einlegefinger nicht ganz in eine Position gefahren wird, in der er an der Schaltvorrichtung des vollständig eingelegten Ganges (Zielgangs) anliegt. Hier bewirkt der oben genannte Selbsteinzug, dass die Schaltvorrichtung die Endposition erreicht und auch in dieser gehalten wird.
Die 4 bis 7 zeigen eine erste bevorzugte Ausführungsform für den erfindungsgemäßen Getriebeaktuator 20. Bauteile oder Merkmale, die zu Bauteilen oder Merkmalen in den 1 bis 3 ähnlich oder identisch sind, werden dabei mit gleichen Bezugszeichen versehen. Dies gilt auch sinngemäß für alle weiteren Figuren.
Die 4 und 5 zeigen dabei den Getriebeaktuator 20 in einer geöffneten Stellung, in denen sich die Auslegefinger 25 bis 28 der ersten Auslegevorrichtung 24 in Startposition befinden (in 5 sind lediglich die Auslegefinger 25, 27 und 28 zu erkennen). Die Lage der Auslegefinger 25 bis 28 entspricht somit der beispielsweise in 2a dargestellten Position dieser Auslegerfinger. Auch die Auslegefinger 33 bis 36 der zweiten Auslegevorrichtung 32 befinden sich in Startposition. Entsprechendes gilt auch für die Einlegefinger 22 und 23 der ersten Einlegevorrichtung 21 und die Einlegefinger 30 und 31 der zweiten Einlegevorrichtung 29.
Der Getriebeaktuator 20 weist eine beispielsweise durch einen Elektromotor antreibbare Welle 39 auf, die durch Wälzlager 40, 41 drehbar gelagert ist. Die Welle 39 weist einen ersten Gewindeabschnitt 42 und einen zweiten Gewindeabschnitt 43 mit zueinander gegenläufigen, aber im Betrag gleichen Gewindesteigungen auf. Die erste Einlegevorrichtung 21 weist eine in den Figuren nicht erkennbare Gewindemutter auf, die mit dem ersten Gewindeabschnitt 42 der Welle 39 in Eingriff steht. Wenn sich die Welle 39 entsprechend des Pfeils 44 (siehe 4) gegen den Uhrzeigersinn dreht, wird die erste Einlegevorrichtung 21 in Richtung der zweiten Einlegevorrichtung 29 bewegt. Da auch die zweite Einlegevorrichtung 29, die im Wesentlichen symmetrisch zur ersten Einlegevorrichtung ausgebildet ist, auch eine Spindelmutter aufweist, die mit dem zweiten Gewindeabschnitt 43 zusammenwirkt, wird bei Drehung der Welle 39 gegen den Uhrzeigersinn auch die zweite Einlegevorrichtung 29 mit gleicher Geschwindigkeit in Richtung der ersten Einlegevorrichtung 21 bewegt, bis schließlich eine geschlossene Position des Getriebeaktuators 20 erreicht ist, wie sie in den 6 und 7 dargestellt ist. Die gegen den Uhrzeigersinn gerichtete Drehrichtung stellt eine erste Drehrichtung der Welle 39 dar und kann auch als Schaltdrehrichtung bezeichnet werden, bei der, wie in der obigen Figurenbeschreibung ausgeführt, die Einlegefinger von erster und zweiter Einlegevorrichtung bzw. die Auslegefinger von erster und zweiter Auslegevorrichtung aufeinander zu bewegt werden, um Gänge ein- bzw. auszulegen.
Der Getriebeaktuator 20 umfasst des Weiteren eine Kopplungsvorrichtung, die mit 45 bezeichnet wird. Die Kopplungsvorrichtung 45 weist einen ersten Hebel 46 und einen zweiten Hebel 47 auf. Ein erstes oder oberes Ende 48 liegt dabei an der ersten Einlegevorrichtung 21 an. Ein zweites oder unteres Ende 49 ist über ein Drehgelenk 50, dessen Drehachse quer und beabstandet zur Drehachse A der Welle 39 verläuft, mit einem entsprechenden zweiten oder unteren Ende 51 des zweiten Hebels 47 verbunden.
Zwischen dem ersten Ende 48 unter dem zweiten Ende 49 weist der erste Hebel 49 zwei fluchtende Lagerzapfen 52, 53 auf, die drehbar in entsprechenden Lageraugen 54, 55 der ersten Auslegevorrichtung 24 gefasst sind. Da die zweite Auslegevorrichtung 32 und der zweite Hebel 47 entsprechend symmetrisch zur ersten Auslegevorrichtung 24 bzw. zu erstem Hebel 46 ausgebildet sind, wird bezüglich deren Beschreibung auf die entsprechende Beschreibung von erster Auslegevorrichtung 24 und erstem Hebel 46 verwiesen.
Ein Abstand des oberen Endes 48 des ersten Hebels 46 zu einer Schwenkachse, die durch die Lagerzapfen 52, 53 definiert wird, entspricht einem Abstand zwischen der Drehachse des den ersten Hebel 46 und den zweiten Hebel 47 verbindenden Drehgelenks 50 und besagten Schwenkachse der Gelenkzapfen 52, 53. Die Kopplungsvorrichtung 45 bewirkt bei diesem Hebelverhältnis, dass sich, wenn die Welle 39 sich in Schaltdrehrichtung bewegt, die beiden Einlegevorrichtungen 21, 29 mit einer Geschwindigkeit aufeinander bewegen, die näherungsweise doppelt so groß ist wie die Geschwindigkeit, mit der sich die beiden Auslegevorrichtungen 24, 32 aufeinander zu bewegen. Ausgehend von der geöffneten Position des Getriebeaktuators 20 gemäß 4 und 5 legen somit die Einlegefinger 22, 23, 30, 31 einen doppelt so großen Weg zurück wie die Auslegefinger 25 bis 28 bzw. 33 bis 36.
Bei Drehung der Welle 39 in Schaltdrehrichtung sorgt ein Freilauf 56 dafür, dass sich die erste Auslegevorrichtung 24 und die damit drehfest verbundene erste Einlegevorrichtung 21 nicht mit der Welle mitdrehen, sondern die durch den Freilauf 56 vorgegebene Drehposition halten. Der Freilauf 56 umfasst eine Sperrklinke 57 und ein gekerbtes Sperrrad 58. Dreht sich hingegen die Welle in entgegengesetzter Richtung, die auch als Wähldrehrichtung bezeichnet werden kann, so sorgt das Zusammenwirken von Sperrklinke 57 und der 58 nur für eine gewisse, aber grundsätzlich überwindbare Sperrwirkung. Die einzelnen Kerben des Speerrads 58 sind dabei so geformt, dass bei Überschreiten eines auf das Sperrrad 58 wirkenden Drehmoments die Klinke 57 ihre sperrende Wirkung aufgibt und ein Mitdrehen des Sperrrads 58 und somit auch der ersten Auslegevorrichtung 24 gestattet. Über das gemeinsame Drehgelenk 50 zwischen erstem und zweitem Hebel 46, 47 ist die zweite Auslegevorrichtung 32 drehfest mit der ersten Auslegevorrichtung 24 verbunden. Somit ist ein Paket bestehend aus den beiden Einlegevorrichtungen 21, 29, den beiden Auslegevorrichtungen 24, 32 und der Kupplungsvorrichtung 45 gegeben, dessen einzelne Komponenten in Umfangrichtung zueinander fixiert sind, aber sich in Axialrichtung relativ zueinander entsprechend der vorgegebenen Kinematik bewegen können.
Zwischen der zweiten Auslegevorrichtung 32 und dem Lager 41 ist ein Sensor 59 mit dazugehörigem Sensorrad 60 angeordnet, durch den eine Bestimmung der Drehposition des oben beschriebenen Pakets möglich ist.
Insbesondere der 7 ist zu entnehmen, dass zwischen der ersten Einlegevorrichtung 21 und der ersten Auslegevorrichtung 24 mindestens eine Feder 61 angeordnet ist, die die Vorrichtungen 21, 24 in axialer Richtung auseinander drückt. Die Kraft der Feder 61 bewirkt dabei, dass der erste Hebel 46 immer mit seinem oberen Ende 48 an der ersten Einlegevorrichtung 21 anliegen und die Lagerzapfen 52, 53 in den Lageraugen 54, 55 sich definiert in Anlage befinden. Auch zwischen der zweiten Einlegevorrichtung 29 und der zweiten Auslegevorrichtung 32 ist wenigstens eine Feder 62 angeordnet, deren Funktion analog zur Funktion der Feder 61 ist.
Wird ausgehend von der geschlossenen Stellung des Getriebeaktuators 20 gemäß der 6 und 7 die Welle 39 im Uhrzeigersinn (siehe Pfeil 63 in 6), also in Wähldrehrichtung gedreht, bewegen sich die Einlegevorrichtungen 21, 29 wieder auseinander. Über die Kopplungsvorrichtung 45 gilt dies auch für die Auslegevorrichtungen 24, 32, wobei hier die entsprechende Axialgeschwindigkeit halb so groß ist, wie die der Einlegevorrichtungen 21, 29. Dabei stößt die doppelt so schnell sich bewegende erste Einlegevorrichtung 21 in unmittelbarer Nähe der in den 4 und 5 dargestellten geöffneten Position des Getriebeaktuators 20 gegen die erste Auslegevorrichtung 24 und möchte diese mit der Geschwindigkeit der Einlegevorrichtung mitnehmen. Dies jedoch lässt die Kopplungsrichtung 45 nicht zu, die ein Verhältnis von ungefähr 2 zwischen den Geschwindigkeiten der Einlegevorrichtung und der Auslegevorrichtung vorgibt. Es kommt daher zu einer Verspannung zwischen den Einlegevorrichtungen 21, 29, den Auslegevorrichtungen 24, 32 und der Kopplungsvorrichtung 45, wobei sich die Einlegevorrichtungen 21, 29 über ihre Spindelmuttern an den Gewindeabschnitten 42, 43 der Welle 39 in axialer Richtung abstützen. Dies führt zu hohen Reibwerten in Umfangsrichtung und damit zu einem Drehmoment zwischen den Spindelmuttern und der Welle 39. Das Drehmoment ist so groß, dass die sperrende Wirkung des Freilaufs 57 in Wähldrehrichtung überwunden wird. Das Paket, bestehend aus den Einlegevorrichtungen 21, 29, den Auslegevorrichtungen 32, 39 sowie der Kopplungsvorrichtung 45, dreht sich mit der Welle 39 in Wähldrehrichtung, solange, bis eine neue gewünschte Drehposition des Pakets erreicht ist. Die Verspannung kann aufgehoben werden, wenn die Welle 39 wieder in Schaltdrehrichtung gegen den Freilauf gedreht wird.
Die 8 und 9 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel für den Getriebeaktuator 20. Während 8 den Getriebeaktuator 20 in der geöffneten Stellung zeigt, stellt 9 eine Seitenansicht des geschlossenen Getriebeaktuators 20 dar. Die Kopplungsvorrichtung 45 weist neben dem ersten Hebel 46 (in 8 verdeckt) und dem zweiten Hebel 47 eine Koppelstange 64 auf, die das zweite Ende 51 des zweiten Hebels 47 und das zweite Ende 49 des ersten Hebels 46 miteinander verbindet. Die Koppelstange 64 ist dabei über ein Drehgelenk 65 drehbar mit dem zweiten Ende 49 des ersten Hebels 46 und über ein Drehgelenk 66 drehbar mit dem zweiten Ende 51 des zweiten Hebels 47 verbunden.
Der Abstand von dem ersten oberen Endes 48 des ersten Hebels 46 zur Drehachse des Drehgelenks 65 beträgt mehr als das zweifache des Abstands zwischen dem Lagerzapfen 52 und der Drehachse des Drehgelenks 65 (Abstand gemessen in einer Richtung senkrecht zur Welle 39). Durch diese Hebelverhältnisse legen die Einlegerfinger 22, 23 beim Schalten einen mehr als doppelt so langen Weg zurück wie die Auslegerfinger 26, 27, 28.
Wie oben bereits ausgeführt, zeigt 8 den Getriebeaktuator 20 in geöffneter Stellung, bei der beispielsweise der Einlegerfinger 22 und der Auslegerfinger 27 sich jeweils in ihrer Startposition befinden. Im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel der 4 bis 7 liegen die Startpositionen von Einlegerfinger 23 und Auslegerfinger 27 nicht in einer Ebene senkrecht zur Drehachse der Welle 39, sondern sind zueinander versetzt angeordnet.
Die Feder 61 (siehe 9) sorgt dafür, dass die erste Einlegervorrichtung 21 mit dem oberen Ende 48 des ersten Hebels 46 in ständiger Anlage steht. Die als Schraubenfeder ausgebildete Feder 61 umgreift in radialer Richtung die erste Auslegevorrichtung 24, wobei eine Mittelachse der Schraubenfeder 61 mit der Drehachse der Welle 39 zusammenfällt. Aufgrund des grundsätzlich spiegelsymmetrischen Aufbaus des Getriebeaktuators gelten die obigen Ausführungen zum ersten Hebel 46, zur ersten Einlegevorrichtung 21 und zur ersten Auslegevorrichtung 24 sinngemäß für den zweiten Hebel 47, die zweite Auslegevorrichtung 29 und die zweite Auslegevorrichtung 32.
10 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel für den Getriebeaktuator 20. Der erste Hebel 46 ist mit seinen zwei oberen Enden 48 in einem feststehenden Rahmen 67 eingehängt. Der Rahmen 67 lässt sich über Befestigungs-Laschen 68 an einem Getriebegehäuse des Kfz-Getriebes befestigen. Das untere Ende 49 des Hebels 46 liegt an dem Sperrrad 58 an. Zwischen den oberen Enden 48 und dem unteren Ende 49 weist der Hebel 46 eine Anlage 69 für die erste Auslegevorrichtung 24 auf.
Dreht sich die Welle 39 in Schaltdrehrichtung, bewegt sich aufgrund des Zusammenwirkens mit dem ersten Gewindeabschnitt 42 der Welle 39 die erste Einlegevorrichtung 21 gemeinsam mit dem Sperrad 58 in axialer Richtung in Richtung der zweiten Einlegevorrichtung 29. Der erste Hebel 46 dreht dabei mit den oberen Enden 48 um eine ortsfeste Drehachse und drückt über die Anlage 69 die erste Auslegevorrichtung 24 ebenfalls axial in Richtung der zweiten Einlegevorrichtung 29 bzw. in Richtung der zweiten Auslegevorrichtung 32. Aufgrund der Hebelverhältnisse legt dabei die erste Auslegevorrichtung 24 einen Weg (Auslegeweg) zurück, der rund 50% des Weges beträgt, den die erste Einlegevorrichtung 21 beim Schalten zurücklegt.
Damit beim Schalten, also in der Phase, in der die Welle 39 in Schaltdrehrichtung dreht, das Paket bestehend aus den Einlegevorrichtungen 21, 29 und den Auslegevorrichtungen 24, 32 seine Drehposition hält, sind (Führungs-)Schienen 70 vorgesehen, die in axialer Richtung der Welle 39 angeordnet sind. In einer dieser Schienen 70 taucht mindestens ein Einlegerfinger oder ein Auslegerfinger ein, der sich dann in Drehrichtung an den seitlichen Flanken der Schiene abstützt.
Beim Schalten bewegt sich das Sperrrad 58 in axialer Richtung, so dass der in 10 gezeigte Eingriff zwischen Sperrrad 58 und der Klinke 57 aufgelöst wird. Eine andere Möglichkeit, die federnde Sperrklinke 57 mit dem Sperrrad 58 zusammenwirken zu lassen, besteht darin, diese am unteren Ende 49 des ersten Hebel 46 anzuordnen. In diesem Fall würde der Eingriff zwischen Sperrrad 58 und Klinke 57 unabhängig von der axialen Position des Sperrrads gegeben sein. Die in 10 gezeigte Verzahnung des Sperrrads 58, die an einer nach außen gerichteten Seitenwand angeordnet ist, würde dann zweckmäßig an einer nach innen gerichteten, also zur zweiten Einlegevorrichtung 29 gerichteten Seitenwand vorgesehen sein.
Bezugszeichenliste

10: Schaltvorrichtung
11: Schaltvorrichtung
12: Schaltvorrichtung
13: Schaltvorrichtung
20: Getriebeaktuator
21: Erste Einlegevorrichtung
22: Einlegefinger
23: Einlegefinger
24: Erste Auslegevorrichtung
25: Auslegefinger
26: Auslegefinger
27: Auslegefinger
28: Auslegefinger
29: Zweite Einlegevorrichtung
30: Einlegefinger
31: Einlegefinger
32: Zweite Auslegevorrichtung
33: Auslegefinger
34: Auslegefinger
35: Auslegefinger
36: Auslegefinger
37: Weg
38: Referenzpunkt
39: Welle
40: Wälzlager
41: Wälzlager
42: Erster Gewindeabschnitt
43: Zweiter Gewindeabschnitt
44: Pfeil (Schaltdrehrichtung)
45: Kopplungsvorrichtung
46: Erster Hebel
47: Zweiter Hebel
48: Erstes oder oberes Ende
49: Zweites oder unteres Ende
50: Drehgelenk
51: Zweites oder unteres Ende
52: Lagerzapfen
53: Lagerzapfen
54: Lagerauge
55: Lagerauge
56: Freilauf
57: Sperrklinke
58: Sperrrad
59: Sensor
60: Sensorrad
61: Feder
62: Feder
63: Pfeil (Wähldrehrichtung)
64: Koppelstange
65: Drehgelenk
66: Drehgelenk
67: Rahmen
68: Lasche
69: Anlage
70: Schiene

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2006/076877 A1 [0002, 0003, 0007]

Claims

Getriebeaktuator (20) zum Einlegen und Auslegen von Gängen eines Kfz-Getriebes, wobei der Getriebeaktuator (20) wenigstens eine Einlegevorrichtung (21) und wenigstens eine Auslegevorrichtung (24) aufweist, wobei die Auslegevorrichtung (24) ausgelegt ist, eine einem Quellgang zugeordnete Schaltvorrichtung des KfZ-Getriebes von einer auszulegenden Endposition in eine Neutralstellung zu bewegen, und wobei die Einlegevorrichtung (21) ausgelegt ist, eine weitere, einem Zielgang zugeordnete Schaltvorrichtung des Kfz-Getriebes von einer Neutralstellung in eine einzulegende Endposition zu bewegen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kopplungsvorrichtung (45) vorgesehen ist, durch die eine Bewegung die Einlegevorrichtung (21) beim Einlegen des Zielgangs über einen gesamten Einlegeweg mit einer gleichzeitigen Bewegung der Auslegevorrichtung (24) beim Auslegen des Quellgangs gekoppelt ist, wobei beim Einlegen des Zielgangs sich die Einlegevorrichtung (21) relativ zur Auslegevorrichtung (24) bewegt.
Getriebeaktuator (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis von einer Positionsänderung der Einlegevorrichtung (21) beim Einlegen des Zielgangs zu einer Positionsänderung der Auslegevorrichtung (24) beim Auslegen des Quellgangs über zumindest einen wesentlichen Teil des Einlegewegs einen Wert über 1,5 aufweist.
Getriebeaktuator (20) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungsvorrichtung (45) wenigstens einen Hebel (46) aufweist, der an einem ersten Ende (48) an der Einlegevorrichtung (21) anliegt oder mit ihr verbunden ist und an einem zweiten Ende (49) um eine Hebelachse schwenkbar gelagert ist, wobei der Hebel (46) einen Angriffspunkt für die Auslegevorrichtung (24) aufweist, der zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende angeordnet ist.
Getriebeaktuator (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Federvorrichtung zwischen Einlegevorrichtung (21) und Auslegevorrichtung (24) angeordnet ist, wobei die Federvorrichtung die Einlegevorrichtung (21) gegen den Hebel (46) drückt.
Getriebeaktuator (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Getriebeaktuator (20) eine Welle (39) umfasst, die mit der Einlegevorrichtung (21) und der Auslegerichtung (24) gekoppelt ist und die sich in eine erste Drehrichtung, die als Wähldrehrichtung (63) bezeichnet werden kann, sowie in eine zweite Drehrichtung, die als Schaltdrehrichtung (44) bezeichnet werden kann, drehen lässt, wobei die Einlegevorrichtung (21) und die Auslegevorrichtung (24) in Schaltdrehrichtung (44) und Wähldrehrichtung (63) miteinander drehfest verbunden und in axialer Richtung der Welle relativ zueinander verschiebbar sind.
Getriebeaktuator (20) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei Drehung der Welle (39) in Wähldrehrichtung (63) die Einlegevorrichtung (21) und die Auslegevorrichtung (24) sich mit der Welle (39) mitdrehen, wenn sich die Einlegevorrichtung (21) oder die Auslegevorrichtung (24) in einer Festsitzposition befindet.
Getriebeaktuator (20) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlegevorrichtung (21) und die Auslegevorrichtung (24) bei Drehung der Welle in Schaltdrehrichtung (44) eine Axialbewegung vollführen.
Getriebeaktuator (20) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Freilauf (56) vorgesehen ist, der bei Drehung der Welle (39) in Schaltdrehrichtung (44) eine feste Drehposition der Auslegevorrichtung (24) oder der Einlegevorrichtung (21) sicherstellt.
Getriebeaktuator (20) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Freilauf (56) bis zu einem bestimmten Momenten-Schwellenwert oder in Abhängigkeit einer axialen Lage der Auslegevorrichtung (24) oder der Einlegevorrichtung (21) eine feste Drehposition der Auslegevorrichtung (24) oder der Einlegevorrichtung (21) bei Drehung in Wähldrehrichtung sicherstellt.
Getriebeaktuator (20) nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlegevorrichtung (21) eine Spindelmutter aufweist, die mit einem Gewinde auf der Welle (39) in Eingriff steht, wobei bei Drehung der Welle (39) in Schaltdrehrichtung (44) die Einlegevorrichtung (21) die Axialbewegung durchführt.
Getriebeaktuator (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass neben der wenigstens einen Einlegevorrichtung (21), die auch als erste Einlegevorrichtung (21) bezeichnet werden kann, eine zweite Einlegevorrichtung (29) vorgesehen ist, wobei eine Axialbewegung der zweiten Einlegevorrichtung (29) der Axialbewegung der ersten Einlegevorrichtung (21) entgegen gesetzt ist, wenn sich die Welle (39) in Schaltdrehrichtung (44) dreht.
Getriebeaktuator (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass neben der wenigstens einen Auslegevorrichtung (24), die auch als erste Auslegevorrichtung (24) bezeichnet werden kann, eine zweite Auslegevorrichtung (32) vorgesehen ist, wobei eine Axialbewegung der zweiten Auslegevorrichtung (32) der Axialbewegung der ersten Auslegevorrichtung (24) entgegen gesetzt ist, wenn sich die Welle (39) in Schaltdrehrichtung (44) dreht.
Getriebeaktuator (20) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass über die Kopplungsvorrichtung (45) die erste Auslegevorrichtung (24) und die zweite Auslegevorrichtung (32) miteinander oder über die Kopplungsvorrichtung (45) die erste Einlegevorrichtung (21) und die zweite Einlegevorrichtung (29) miteinander verbunden sind.
Getriebeaktuator (20) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungsvorrichtung (45) ausgelegt ist, axiale Zugkräfte zwischen den Auslegevorrichtungen (24, 32) bzw. den Einlegevorrichtungen (21, 29) aufzunehmen.
Getriebeaktuator (20) nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsvorrichtung (45) neben dem wenigstens einen Hebel (46), der auch als ein erster Hebel (46) bezeichnet werden kann, einen zweiten Hebel (47) aufweist, der an einem ersten Ende an der zweiten Einlegevorrichtung (29) anliegt oder mit ihr verbunden ist und an einem zweiten Ende (51) um eine Hebelachse schwenkbar gelagert ist, wobei der Hebel (47) einen Angriffspunkt für die zweite Auslegevorrichtung (32) aufweist, der zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende (51) angeordnet ist.
Getriebeaktuator (20) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Hebelachse des ersten Hebels (46) und die Hebelachse des zweiten Hebels (47) voneinander beabstandet sind und durch eine Koppelstange (64) miteinander verbunden sind.