DE102014212751A1

DE102014212751A1 - Schaltaktorik für ein Getriebe

Info

Publication number: DE102014212751A1
Application number: DE102014212751.3A
Authority: DE
Inventors: Martin Rattay; Bernard Hunold
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2014-07-02
Filing date: 2014-07-02
Publication date: 2016-01-07

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltaktorik für ein Getriebe, insbesondere Doppelkupplungsgetriebe, zur Betätigung mehrerer Schaltelementbetätigungseinrichtungen, insbesondere Schaltgabeln, wobei eine Schaltelementbetätigungseinrichtung jeweils zur Betätigung von einem oder zwei Schaltelementen ausgebildet ist, umfassend Betätigungsmittel, insbesondere einer Schaltwalze zur Betätigung zumindest zweier Schaltelementbetätigungseinrichtungen, wobei zur Betätigung der Schaltelementbetätigungseinrichtungen zumindest zwei Betätigungsmittel, insbesondere in Form von Schaltwalzen, angeordnet sind, derart dass jeweils mit einem Betätigungsmittel zumindest zwei Schaltelementbetätigungseinrichtungen betätigbar sind, und wobei zumindest ein Differenzmittel angeordnet ist, derart dass in Abhängigkeit eines zu betätigenden Schaltelements jeweils nur ein Betätigungsmittel betätigbar ist und ein gemeinsames Antriebsmittel für die Betätigungsmittel angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltaktorik für ein Getriebe, insbesondere Doppelkupplungsgetriebe, zur Betätigung mehrerer Schaltelementbetätigungseinrichtungen, insbesondere Schaltgabeln, wobei eine Schaltelementbetätigungseinrichtung jeweils zur Betätigung von einem oder zwei Schaltelementen ausgebildet ist, umfassend Betätigungsmittel, insbesondere einer Schaltwalze zur Betätigung zumindest zweier Schaltelementbetätigungseinrichtungen.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben einer Schaltaktorik nach einem der Ansprüche 1 bis 12 sowie ein Getriebe mit einer Schaltaktorik und ein Kraftfahrzeug mit einer Schaltaktorik.
Getriebe für Kraftfahrzeuge, insbesondere für Nutzfahrzeuge, sind typischerweise als Gruppengetriebe ausgeführt, um eine Vielzahl von Gängen mit relativ wenig Bauraum zu realisieren. Die Schaltaktuierung solcher Gruppengetriebe erfolgt über Schaltstellen, die je nach Betätigung verschiedene Radebenen in den Kraft- und Drehmomentfluss von der Antriebsseite zur Abtriebsseite einbinden. Zur Betätigung dieser Schaltstellen ist es bekannt, die Schaltstellen jeweils einzeln zu betätigen. Nachteil hierbei ist, dass viele Schaltstellen notwendig sind, ebenso wie eine aufwändige Mechatronik. Dies vergrößert auch erheblich den Bauraum und verteuert das Getriebe insgesamt. Des Weiteren ist es bekannt geworden, mehrere Schaltelemente mittels einer Schaltwalze zu schalten. Nachteil hierbei ist wiederum, dass nur sequentielle Schaltungen möglich sind und auch der Bauraumbedarf hoch ist. Daneben ist es weiter bekannt geworden, Doppelschaltwalzen zu verwenden, d.h. mittels zweier Schaltwalzen werden jeweils mehrere Schaltelemente betätigt. Nachteil dabei ist, dass für jede Schaltwalze ein separater Antrieb benötigt wird, was das Getriebe insgesamt verteuert. Schließlich ist auch der Anmelderin ein Getriebe bekannt geworden, welches eine mechanisch konvertierte Schaltaktuatorik (MEKOSA) aufweist. Auch hierbei werden mehrere Antriebe zur Betätigung der Schaltstellen benötigt.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Schaltaktorik für ein Getriebe und ein Verfahren zum Betreiben einer Schaltaktorik zur Verfügung zu stellen, welche den Bauraumbedarf senken und gleichzeitig einen reduzierten Stelleraufwand benötigen und einfach und kostengünstig zu betreiben sind. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schaltaktorik sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Schaltaktorik zur Verfügung zu stellen, welche eine einfache Betätigung und eine kostengünstige Überwachung ermöglichen. Darüberhinaus ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine alternative Schaltaktorik sowie ein alternatives Verfahren zum Betreiben einer Schaltaktorik zur Verfügung zu stellen.
Die vorliegende Erfindung löst die Aufgaben bei einer Schaltaktorik für ein Getriebe, insbesondere Doppelkupplungsgetriebe, zur Betätigung mehrerer Schaltelementbetätigungseinrichtungen, insbesondere Schaltgabeln, wobei eine Schaltelementbetätigungseinrichtung jeweils zur Betätigung von einem oder zwei Schaltelementen ausgebildet ist, umfassend Betätigungsmittel, insbesondere einer Schaltwalze zur Betätigung zumindest zweier Schaltelementbetätigungseinrichtungen dadurch, dass zur Betätigung der Schaltelementbetätigungseinrichtungen zumindest zwei Betätigungsmittel, insbesondere in Form von Schaltwalzen, angeordnet sind, derart dass jeweils mit einem Betätigungsmittel zumindest zwei Schaltelementbetätigungseinrichtungen betätigbar sind, und dass zumindest ein Differenzmittel angeordnet ist, derart dass in Abhängigkeit eines zu betätigenden Schaltelements jeweils nur ein Betätigungsmittel betätigbar ist und ein gemeinsames Antriebsmittel für die Betätigungsmittel angeordnet ist.
Die vorliegende Erfindung löst die Aufgaben ebenfalls bei einem Verfahren zum Betreiben einer Schaltaktorik nach einem der Ansprüche 1–12 durch die Schritte

– Betätigen der Differenzmittel, so dass ein Betätigungsmittel freigegeben wird und ein anderes Betätigungsmittel gesperrt wird,
– Betätigen des freigegebenen Betätigungsmittels durch Betätigen der Antriebsmittel.

Die vorliegende Erfindung löst die Aufgaben ebenfalls bei einem Getriebe mit einer Schaltaktorik gemäß einem der Ansprüche 1–12 und bei einem Kraftfahrzeug mit einer Schaltaktorik gemäß einem der Ansprüche 1–12.
Einer der damit erzielten Vorteile ist unter anderem die sehr kompakte Bauform aufgrund des damit verbundenen hohen Integrationsgrades, da insbesondere nur ein Antrieb benötigt wird. Darüber hinaus ist ein Vorteil, dass der Aktuatoraufwand äußerst gering ist. Ebenso ist ein geringer sensorischer Aufwand zur Überwachung der Schaltaktorik erforderlich. Ein weiterer Vorteil ist, dass viele Gleichteile verwendet werden können und die Schaltaktorik komplett vormontiert werden kann. Für bestimmte Arten von Getrieben sind dann auch Schaltungen nach dem Prinzip der geringsten Trägheitsmomente möglich, d.h., bei einer Gruppenschaltung wird zuerst das Planetengetriebe geschaltet und im Anschluss eine Abtriebskonstante und als letztes das Hauptgetriebe. Ein weiterer Vorteil ist, dass ein Getriebe mit einer derartigen Schaltaktorik ohne ein Planetengetriebe in einem Bus eingesetzt werden soll, die Schaltaktorik in äußerst einfacher Weise hierfür angepasst werden kann.
Unter einer Welle ist nachfolgend nicht ausschließlich ein beispielsweise zylindrisches, drehbar gelagertes Maschinenelement zur Übertragung von Drehmomenten zu verstehen, sondern vielmehr sind hierunter auch allgemeine Verbindungselemente zu verstehen, die einzelne Bauteile oder Elemente miteinander verbinden, insbesondere Verbindungselemente, die mehrere Elemente verdrehfest miteinander verbinden.
Zwei Elemente werden insbesondere als miteinander verbunden bezeichnet, wenn zwischen den Elementen eine feste, insbesondere verdrehfeste Verbindung, besteht. Insbesondere drehen solche verbundenen Elemente mit der gleichen Drehzahl.
Zwei Elemente werden im Weiteren als koppelbar oder verbindbar bezeichnet, wenn zwischen diesen Elementen eine lösbare Verbindung besteht. Insbesondere drehen solche Elemente mit der gleichen Drehzahl, wenn die Verbindung besteht.
Die verschiedenen Bauteile und Elemente der genannten Erfindung können dabei über eine Welle bzw. ein Verbindungselement, aber auch direkt, beispielsweise mittels einer Schweiß-, Press- oder einer sonstigen Verbindung miteinander verbunden sein.
Unter einer Kupplung ist vorzugsweise in der Beschreibung, insbesondere in den Ansprüchen, ein Schaltelement zu verstehen, welches, je nach Betätigungszustand, eine Relativbewegung zwischen zwei Bauteilen zulässt oder eine Verbindung zur Übertragung eines Drehmoments darstellt. Unter einer Relativbewegung ist beispielsweise eine Rotation zweier Bauteile zu verstehen, wobei die Drehzahl des ersten Bauteils und die Drehzahl des zweiten Bauteils voneinander abweichen. Darüber hinaus ist auch die Rotation nur eines der beiden Bauteile denkbar, während das andere Bauteil still steht oder in entgegengesetzter Richtung rotiert.
Im Folgenden ist unter einer nicht betätigten Kupplung eine geöffnete Kupplung zu verstehen. Dies bedeutet, dass eine Relativbewegung zwischen den beiden Bauteilen möglich ist. Bei betätigter bzw. geschlossener Kupplung rotieren die beiden Bauteile dementsprechend mit gleicher Drehzahl in dieselbe Richtung.
Grundsätzlich ist auch eine Verwendung von Schaltelementen möglich, die im nicht betätigten Zustand geschlossen und im betätigten Zustand geöffnet sind. Dementsprechend sind die Zuordnungen zwischen Funktion und Schaltzustand der oben beschriebenen Schaltzustände in umgekehrter Weise zu verstehen. Bei den nachfolgenden Ausführungsbeispielen anhand der Figuren, wird zunächst eine Anordnung zugrundegelegt, in der ein betätigtes Schaltelement geschlossen und ein nicht betätigtes Schaltelement geöffnet ist.
Ein Planetenradsatz oder Planetengetriebe umfasst ein Sonnenrad, ein Planetenträger respektive Steg und ein Hohlrad. An dem Planetenträger respektive Steg drehbar gelagert sind Planetenräder oder Planeten, welche mit der Verzahnung des Sonnenrades und/oder der Verzahnung des Hohlrades kämmen.
Weiterhin können die Schaltelemente derart ausgebildet sein, dass für eine Änderung eines Schaltzustandes der Schaltelemente Energie, nicht jedoch für das Beibehalten des Schaltzustandes selbst benötigt wird.
Unter dem Begriff „Bindbarkeit“ ist vorzugsweise in der Beschreibung, insbesondere in den Ansprüchen zu verstehen, dass bei unterschiedlicher geometrischer Lage die gleiche Anbindung bzw. Bindung von Schnittstellen gewährleistet ist, ohne dass sich einzelne Verbindungselemente oder Wellen kreuzen.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen, Merkmale und Vorteile der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Zweckmäßigerweise umfasst das gemeinsame Antriebsmittel ein Differentialgetriebe, welches mit den zumindest zwei Betätigungsmitteln zusammenwirkt, insbesondere wobei das Differentialgetriebe als Kegelradgetriebe, Stirnradgetriebe, Schraubenradgetriebe und/oder Kugeldifferential ausgeführt ist. Mittels des Differentialgetriebes ist eine einfache, kostengünstige und zuverlässige Betätigung der beiden Betätigungsmittel möglich.
Vorteilhafterweise umfassen die Antriebsmittel einen Motor, insbesondere in Form eines Elektromotors, Pneumatikmotors und/oder Hydraulikmotors und ein Antriebsgetriebe, insbesondere in Form eines Stirnradgetriebes, Planetengetriebes, Schneckengetriebes und/oder CVT-Getriebes oder dergleichen. Mittels eines Antriebsmotors mit entsprechendem zugeordneten Antriebsgetriebe kann auf einfache Weise das Differentialgetriebe betätigt werden, so dass ein gemeinsamer Antrieb über das Antriebsgetriebe und das Differentialgetriebe für die beiden Betätigungsmittel zur Verfügung gestellt wird.
Zweckmäßigerweise sind das Antriebsgetriebe und das Differentialgetriebe in der gleichen Form ausgebildet, insbesondere in Form eines Stirnradgetriebes. Dies ermöglicht eine einfache Herstellung und Kopplung der beiden Getriebe. Insgesamt kann ein Getriebe mit einer derartigen Schaltaktorik noch kostengünstiger hergestellt werden.
Vorteilhafterweise umfassen die Differenzmittel Sperrmittel zur Sperrung der Betätigungsmittel. Auf diese Weise ist eine besonders einfache Betätigung der Betätigungsmittel möglich, da für eine jeweilige Betätigung das oder die jeweils anderen Betätigungsmittel gesperrt werden können und so nur das zu betätigende Betätigungsmittel betätigbar ist.
Zweckmäßigerweise ist zumindest ein Betätigungsüberwachungsmittel zur Überwachung der Betätigungsmittel angeordnet, insbesondere wobei für jedes Betätigungsmittel jeweils ein Betätigungsüberwachungsmittel angeordnet ist. Auf diese Weise ist eine einfache und gleichzeitig zuverlässige Überwachung der Betätigungsmittel möglich.
Vorteilhafterweise entspricht die Anzahl der Sperrmittel der Anzahl der Betätigungsmittel. Die Sperrmittel können dabei durchaus über ein gemeinsames Bauteil, beispielsweise eine Schiene, miteinander verbunden sein bzw. als einzelnes Bauteil ausgebildet sein. Es ist damit und eine zuverlässige Sperrung des jeweiligen Betätigungsmittels möglich.
Zweckmäßigerweise ist zumindest ein Sperrüberwachungsmittel zur Überwachung der Sperrmittel angeordnet, insbesondere wobei für jedes Sperrmittel jeweils ein Sperrüberwachungsmittel angeordnet ist. Auf diese Weise können die Sperrmittel zuverlässig überwacht werden, so dass die Zuverlässigkeit der Schaltaktorik insgesamt erhöht wird. Dies ist insbesondere der Fall, wenn für jedes Sperrmittel jeweils ein Sperrüberwachungsmittel angeordnet ist.
Vorteilhafterweise umfassen die Sperrüberwachungsmittel und/oder Betätigungsüberwachungsmittel Winkelsensoren und/oder Wegsensoren. Sind die Sperrüberwachungsmittel und/oder die Betätigungsüberwachungsmittel als Winkelsensoren und/oder Wegsensoren ausgebildet, können diese in einfacher und kostengünstiger Weise ohne erheblich Bauraum zu beanspruchen in die Schaltaktorik integriert werden.
Zweckmäßigerweise umfassen die Sperrmittel zumindest einen Zweistellungsmagneten und/oder ein Sperrblech. Damit können die Sperrmittel besonders kostengünstig hergestellt werden bzw. ermöglichen eine schnelle und zuverlässige Betätigung.
Vorteilhafterweise sind die Sperrmittel verschiebbar ausgebildet und es ist mittels der Verschiebung eines der Betätigungsmittel sperrbar und ein weiteres der Betätigungsmittel freigebbar. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass jeweils nur das zu betätigende Betätigungsmittel betätigbar ist. Fehlfunktionen werden damit weitestgehend vermieden. Darüber hinaus ist durch ein verschiebliches Sperrmittel eine äußerst kostengünstige Herstellung und gleichzeitig hohe Zuverlässigkeit des Sperrmittels und damit der Schaltaktorik insgesamt gewährleistet.
Zweckmäßigerweise ist eine GP-Betätigungseinrichtung angeordnet, die derart ausgebildet ist, um mit einem der Betätigungsmittel zur Schaltung eines Planetengetriebes zusammenzuwirken. Auf diese Weise kann die Schaltaktorik auch bei einem Getriebe mit einem Planetengetriebe dieses einfach und gleichzeitig zuverlässig betätigen.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen, und aus dazugehöriger Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungen und Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile oder Elemente beziehen.
Dabei zeigen jeweils in schematischer Form
1 eine Schaltaktorik in einem ersten Zustand gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 die Schaltaktorik gemäß 1 in einem zweiten Zustand;
3a ein Getriebe mit einer bereits bekannten Schaltaktorik;
3b eine Schaltaktorik gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4a ein Weichenprofil einer bereits bekannten Schaltaktorik;
4b ein Weichenprofil einer Schaltaktorik gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
5a eine dreidimensionale Darstellung einer Schaltaktorik gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
5b eine Teilinnenansicht einer Schaltaktorik gemäß der 5a;
6 eine Schaltaktorik gemäß einer fünften Ausführungsform der vorlie genden Erfindung;
7a eine Schaltaktorik in einem ersten Zustand gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
7b eine Schaltaktorik gemäß 7a in einem zweiten Zustand;
8 eine Schaltaktorik gemäß einer siebten Ausführungsform der vor liegenden Erfindung; und
9 eine Schaltaktorik gemäß 8 im Detail.
1 zeigt. eine Schaltaktorik in einem ersten Zustand gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In 1 ist eine Schaltaktorik 1 zu sehen. Die Schaltaktorik 1 umfasst ein erstes Betätigungsmittel BM1 in Form einer Schaltwalze und ein zweites Betätigungsmittel BM2 in Form einer weiteren Schaltwalze. Die erste Schaltwalze BM1 und die zweite Schaltwalze BM2 sind über ein Differentialgetriebe DG miteinander verbunden. Das Differentialgetriebe DG ist über ein Antriebsgetriebe AG mit einem Antriebsmotor AM zur Betätigung der Schaltwalzen BM1, BM2 miteinander verbunden. Die Schaltwalzen BM1 bzw. BM2 sind zur Betätigung der Schaltelementbetätigungseinrichtungen SEB1, SEB2 bzw. SEB3, SEB4 und SEB5 ausgebildet. In 1 sind die Schaltelementbetätigungseinrichtungen SEB1 bis SEB5 in Form von Schaltgabeln für ein Getriebe ausgebildet. Die erste Schaltwalze BM1 betätigt somit die erste und zweite Schaltgabel SEB1, SEB2, wohingegen die zweite Schaltwalze BM2 die dritte, vierte und fünfte Schaltgabel SEB3, SEB4 und SEB5 betätigt. Jede Schaltgabel SEB1–SEB5 ist dabei einem Schaltelement im Getriebe zugeordnet. Durch Drehen der zugeordneten Schaltwalze BM1, BM2 können die Schaltgabeln SEB1 bis SEB5 eine translatorische Bewegung ausführen und somit Gänge im Getriebe ein- bzw. auslegen. Weiterhin sind jedem Betätigungsmittel BM1, BM2 Sperrmittel SM1, SM2 zugeordnet. Mittels des ersten Sperrmittels SM1 kann die erste Schaltwalze BM1 gesperrt werden und mittels des zweiten Sperrmittels SM2 kann die zweite Schaltwalze BM2 gesperrt werden.
Bei einem Gangwechsel soll beispielsweise die erste Schaltgabel SEB1 und/oder die zweite Schaltgabel SEB1, SEB2 betätigt werden. Somit muss das erste Betätigungsmittel BM1 in Form der Schaltwalze gedreht werden.
Um die erste Schaltwalze BM1 drehen zu können, muss das erste Sperrmittel SM1 offen sein und im Gegenzug sperrt das zweite Sperrmittel SM2 die zweite Schaltwalze BM2. Das Differentialgetriebe DG kann sich nun an der zweiten Schaltwalze BM2 abstützen und die Rotationsbewegung auf die erste Schaltwalze BM1 übertragen. Die Rotationsbewegung wird durch den Antriebsmotor AM erzeugt, im Antriebsgetriebe AG wird die Leistung des Antriebsmotors AM gewandelt und an das Differentialgetriebe DG übergeben. Die fett markierten durchgezogenen Striche in der 1 entsprechen nun dem Leistungsfluss, d.h. der Leistungsfluss geht vom Antriebsmotor AM über das Antriebsgetriebe AG in das Differentialgetriebe DG und weiter auf das erste Betätigungsmittel BM1 in Form der ersten Schaltwalze. Die gepunktete Linie vom zweiten Sperrmittel SM2 über die zweite Schaltwalze BM2 zum Differentialgetriebe DG stellt die Stützwirkung dar.
Um bei einer Schaltung die dritte, vierte und fünfte Schaltgabel SEB3, SEB4 und SEB5 zu betätigen, damit diese bestimmte Gänge schalten, muss nun das zweite Betätigungsmittel BM2 in Form der Schaltwalze betätigt bzw. gedreht werden. Dies ist in 2 dargestellt.
2 zeigt die Schaltaktorik gemäß 1 in einem zweiten Zustand.
In 2 ist im Wesentlichen der gleiche Aufbau der Schaltaktorik gemäß 1 gezeigt. Im Unterschied zur Schaltaktorik 1 gemäß 1 ist bei der Schaltaktorik 1 gemäß 2 nun das erste Sperrmittel SM1 geschlossen, d.h. die erste Schaltwalze BM1 ist gesperrt und kann sich nicht drehen, wohingegen das zweite Sperrmittel SM2 geöffnet ist, d.h. das zweite Betätigungsmittel BM2 in Form der zweiten Schaltwalze kann sich nun drehen. Das Differentialgetriebe DG kann sich nun an der ersten Schaltwalze BM1 abstützen und die Rotationsbewegung auf die zweite Schaltwalze BM2 übertragen. Die Rotationsbewegung wird wiederum durch den Antriebsmotor AM erzeugt, im Antriebsgetriebe AG wird die Leistung des Antriebsmotors AM gewandelt und an das Differentialgetriebe DG übergeben. Der Leistungsfluss verläuft nun vom Antriebsmotor AM über das Antriebsgetriebe AG auf das Differentialgetriebe DG und weiter auf das zweite Betätigungsmittel BM2 in Form der Schaltwalze, welche dann die dritte, vierte und/oder fünfte Schaltgabel SEB3, SEB4 und SEB5 betätigen kann.
3a zeigt ein Getriebe mit einer bereits bekannten Schaltaktorik.
In 3a ist ein Getriebe 15 in Form eines Doppelkupplungsgetriebes gezeigt. Das Getriebe 50 weist auf seiner Eingangswellenachse EWA, zwei Eingangswellen, ein einzelnes Schaltelement S31 auf, mehrere Doppelschaltelemente S11, S12; S21, S22 und S32, S33 sowie ein Doppelschaltelement S41, S42 zur Betätigung eines Planetengetriebes GP des Getriebes 50. Ebenso ist ein Vorgelege angeordnet. Schließlich sind ebenfalls mehrere Radebenen angeordnet, die bei Betätigung der jeweiligen Schaltelemente in den Drehmomentfluß zur Darstellung von Gängen eingebunden werden können. Als Abtreib ist eine Abtriebswelle AW angeordnet, die mit dem Planetengetriebe GP zusammenwirkt. Für die jeweiligen Doppelschaltelemente bzw. Einzelschaltelemente sind Schaltelementbetätigungseinrichtungen SEB1, SEB2, SEB3, SEB4 und SEB5 vorgesehen. Zur Betätigung der Schaltelementbetätigungseinrichtung SEB1 ist ein einzelnes Betätigungsmittel BM in Form einer Schaltwalze angeordnet. Weist das Getriebe 50 eine große Anzahl von lastschaltbaren Gängen auf, muss das Betätigungsmittel BM für alle Schaltelemente entsprechend ausgelegt werden, insbesondere wenn eine Schaltwalze für alle Schaltelemente verwendet wird, muss diese einen sehr großen Durchmesser haben, um alle Schaltstellungen abbilden zu können.
3b zeigt eine Schaltaktorik gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In 3b ist im Wesentlichen das gleiche Getriebe 50 gemäß 3a gezeigt. Im Unterschied zum Getriebe 50 gemäß 3a weist das Getriebe 50 gemäß 3b nun zwei Betätigungsmittel BM1, BM2 in Form von Schaltwalzen zur Betätigung der Schaltelementbetätigungseinrichtungen SEB1–SEB5 auf. Hierbei sind dem ersten Betätigungsmittel BM1, also der ersten Schaltwalze, die zwei ersten Schaltelementbetätigungseinrichtungen SEB1 und SEB2 zugeordnet, für deren Betätigung, wohingegen dem zweiten Betätigungsmittel BM2 in Form einer weiteren Schaltwalze die weiteren Schaltelementbetätigungseinrichtungen SEB3, SEB4 und SEB5 zugeordnet sind. Durch die Verwendung zweier Schaltwalzen BM1, BM2 können aufgrund der Kombinatorik die Anzahl der Schaltstellungen pro Betätigungsmittel BM1, BM2, insbesondere pro Schaltwalze, deutlich reduziert werden. Somit können die entsprechenden Betätigungsmittel BM1, BM2 einfacher ausgeführt werden. Sind diese in Form von Schaltwalzen angeordnet, können die Durchmesser der Schaltwalzen kleiner ausgeführt werden, was den Bauraum der Schaltaktorik verkleinert.
4a zeigt ein Weichenprofil einer bereits bekannten Schaltaktorik.
In 4a ist ein Weichenprofil für eine einzelne bereits bekannte Schaltwalze für ein Getriebe 50 gemäß der 3a gezeigt. Aufgrund der hohen Anzahl von Schaltstellen und Gängen, die mittels der Schaltwalze betätigt werden müssen, müssen sehr viele Positionen auf der Schaltwalze BM vorgesehen werden. Folglich muss die Schaltwalze einen sehr großen Durchmesser aufweisen. In 4a sind die Schaltstellen mit S1 bis S4 bezeichnet und die einzelnen Schaltelemente wie in 3a bzw. 3b. „DD“ bezeichnet einen Direktgang. Mittels der dritten Schaltstelle S3 kann ein Direktgang geschaltet werden. Auf der horizontalen Achse sind Neutralstellungen N sowie die entsprechenden Gangstufenwechsel 1 & 2 bis 11 & 12 gezeigt. Rückwärtsgänge sind mit R1 bis R4 bezeichnet. Der Durchmesser einer derartigen Schaltwalze liegt im Bereich von 250 mm und ist damit äußerst hoch.
4b zeigt ein Weichenprofil einer Schaltaktorik gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In 4b ist ein Weichenprofil für zwei Schaltwalzen, entsprechend der 3b für das Getriebe 50 gezeigt. Auf der linken Seite sind die Schaltstellen S1, S2, die durch die erste Schaltwalze BM1 betätigt werden gezeigt und auf der rechten Seite die Schaltstellen S3–S4, S3 DDdie durch die zweite Schaltwalze BM2 betätigt werden. Die erste Schaltwalze BM1 bedient also die Schaltstellen S1 und S2 und die zweite Schaltwalze BM2 bedient die Schaltelemente S3, S4 und S3, DD. Zu erkennen ist, dass pro Schaltwalze BM1, BM2 deutlich weniger Positionen vorgesehen werden müssen, um die jeweiligen Schaltgabeln bzw. Schaltelemente zu betätigen.
5a zeigt eine dreidimensionale Darstellung einer Schaltaktorik gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In 5a ist eine perspektivische Ansicht einer Schaltaktorik gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Schaltaktorik 1 umfasst einen Antriebsmotor 2, der über ein Stirnradgetriebe 3 und ein Differentialgetriebe 4 mit einer ersten Schaltwalze 10 und einer zweiten Schaltwalze 11 zusammenwirkt. Die beiden Schaltwalzen 10, 11 sind jeweils auf einem Loslager 13 angeordnet. Auf der Seite der jeweiligen Schaltwalze 10, 11, die dem Differentialgetriebe 4 abgewandt ist, weisen die Schaltwalzen jeweils umfänglich und beabstandet voneinander Sperrnuten 12 auf, in die Vorsprünge 8a, 8b eines Sperrbleches 8, welches sich parallel zur Achse der Schaltwalzen 10, 11 erstreckt, wechselseitig eingreifen können, derart, dass wenn ein Vorsprung 8a für die erste Schaltwalze 10 in eine Sperrnute 12 der ersten Schaltwalze 10 eingreift, gleichzeitig der zweite Vorsprung 8b nicht in Sperrnuten 12 der zweiten Schaltwalze 11 eingreift und entsprechend umgekehrt. Weiterhin sind parallel zur Achse der beiden Schaltwalzen Schaltstangen 30a, 30b jeweils links und rechts mit Blickrichtung entlang der Achse der beiden Schaltwalzen 10, 11 angeordnet. Auf diesen sind Schaltgabeln 20, 21, 22, 23 angeordnet, die zum einen jeweils verschieblich entlang der Schaltstangen 30a, 30b sind und gleichzeitig in umlaufende Nuten N der jeweiligen Schaltwalze 10, 11 eingreifen. Wird die jeweilige Schaltwalze 10, 11 gedreht, bewegen sich die Eingriffe der Schaltgabeln 20, 21, 22, 23 jeweils entsprechend der Ausformung einer umlaufenden Nut N auf der jeweiligen Schaltwalze 10, 11 und können so entlang der jeweiligen Schaltstange 30a, 30b zur Betätigung von entsprechend zugeordneten Schaltelementen verschoben werden. Wenn also eine Schaltstange 20, 21, 22, 23 betätigt werden soll, wird der Antrieb 2 betätigt und gleichzeitig eine der beiden Schaltwalzen 10, 11 durch einen der Vorsprünge 8a, 8b mittels des Sperrbleches 8 verrastet und damit die jeweils andere Schaltwalze 10, 11 freigegeben. Der Antrieb 2 kann dann über die Getriebe 3, 4 die jeweilige Schaltwalze 10, 11 drehen und letztendlich die jeweilige Schaltgabel 20, 21, 22, 23 bewegen zur Betätigung des jeweiligen zugeordneten Schaltelementes. Für das jeweilige Betätigungsmittel in Form der Schaltwalzen BM1, BM2 können ein oder mehrere Winkelsensoren angeordnet ist, sowie ein Wegsensor für ein Schaltelement, welches ein Planetengetriebe GP schaltet. Weiterhin kann der Antriebsmotor 2 in Form einer elektrischen Maschine ausgebildet sein und die Sperrmittel SM1, SM2 weisen einen bzw. zwei Zweistellungsmagneten auf.
5b zeigt eine Teilinnenansicht einer Schaltaktorik gemäß der 5a.
In 5b ist eine perspektivische Teilinnendarstellung der ersten Schaltwalze 10 und teilweise der zweiten Schaltwalze 11 gezeigt. Die beiden Schaltstangen 30a, 30b sowie das Sperrblech 8 sind hier nur teilweise zu sehen. Der Aufbau der Schaltaktorik 1 gemäß 5b entspricht dem Aufbau der Schaltaktorik 1 gemäß 5a. Nun zu sehen ist das Gehäuse 7 des Differentialgetriebes 4, zwei Kegelräder 5a und 5b des Differentialgetriebes 4 sowie ein Nadellager 6 des Differentialgetriebes 4 in an sich bekannter Weise. 5b zeigt im Wesentlichen in Blickrichtung entlang der Achse der Schaltwalzen 10, 11 von 5a von rechts nach links.
6 zeigt eine Schaltaktorik gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In 6 zeigt die Schaltaktorik 1 gemäß 5a bzw. 5b in seitlicher Ansicht. Wie auch in den vorangegangenen 5a bzw. 5b sind umlaufende Nuten N in der jeweiligen Schaltwalze 10 bzw. 11 zu erkennen. Diese umlaufenden Nuten N verlaufen nicht in einer Ebene senkrecht zur Erstreckungsrichtung der jeweiligen Achse der Schaltwalze 10, 11, sondern verlaufen kurvenförmig auf dem Festlager 9 der Schaltwalze 10 bzw. 11. In die Nuten N werden jeweilige Eingriffelemente der Schaltgabeln 20, 21, 22, 23 geführt, so dass diese entlang der Schaltstangen 30a, 30b eine Verschiebung durchführen können, wenn die jeweilige Schaltwalze 10, 11 gedreht wird. Zusätzlich zu erkennen sind bei der ersten Schaltwalze 10 zwei weitere Gassen endständig benachbart zu den Sperrnuten 12. Die erste Gasse wird als „High“-Gasse HG bezeichnet, die andere Gasse wird als „Low“-Gasse LG bezeichnet. Die beiden Gassen HG, LG verlaufen ebenfalls umfänglich auf dem Festlager 9 der Schaltwalze 10 und bezeichnen den jeweiligen Schaltzustand eines zugehörigen Planetengetriebes GP. Die „High“-Gasse HG kennzeichnet die Gasse, bei der das Planetengetriebe GP durch ein entsprechendes Betätigungsmittel im Zustand „High“ betrieben wird und in umgekehrter Weise die „Low“-Gasse LG bezeichnet den Zustand des Planetengetriebes GP im Zustand „Low“. Die beiden Schaltgassen für das Planetengetriebe HG, LG weisen teilweise unterschiedlichen und teilweise gemeinsamen Verlauf auf. Im Bereich der Überlappung 40 der beiden Schaltgassen HG, LG ist dabei die Gassentiefe 40a der „Low“-Gasse LG im Übergangsbereich zur „High“-Gasse HG leicht reduziert, cf. 9
7a zeigt eine Schaltaktorik in einem ersten Zustand gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und 7b zeigt eine Schaltaktorik gemäß 7a in einem zweiten Zustand.
In den 7a bzw. 7b sind für die jeweilige Schaltaktorik gemäß der 5a und 5b die beiden Zustände analog der 1 bzw. 2 dargestellt. In 7a wird die erste Schaltwalze 10 über das Sperrblech 8 bzw. genauer den Vorsprung 8a, der in entsprechende Sperrnuten 12 der ersten Schaltwalze 10 eingreift, an ein Getriebegehäuse des in 7a, 7b nicht näher gezeigten Getriebes angebunden und kann damit nicht mehr weiter verdreht werden. Das Differential 4 kann sich nun an der ersten Schaltwalze 10 abstützen. Die E-Maschine 2 kann nun über das Differential 4 die zweite Schaltwalze 11 drehen und die Gänge schalten. In 7b wird durch den Vorsprung 8b der in die Sperrnuten 12 der zweiten Schaltwalze 11 eingreift die zweite Schaltwalze 11 über das Sperrblech 8 an das Gehäuse des Getriebes angebunden und kann nicht verdreht werden. Das Differential 4 stützt sich nun an der zweiten Schaltwalze 11 ab und eine E-Maschine 2 kann nun über das Differential 4 die erste Schaltwalze 10 drehen und letztlich die jeweiligen Gänge schalten.
8 zeigt eine Schaltaktorik gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In 8 ist wiederum im Wesnetlichen eine Schaltaktorik 1 gemäß den 6 bzw. 7a und 7b gezeigt. In 8 ist nun zusätzlich ein zur Schaltung eines Planetengetriebes GP angeordnete Planetengetriebe-Betätigungseinrichtung 30 gezeigt. Die Planetengetriebe-Betätigungseinrichtung 30 wirkt hierbei in 8 mit der „High“-Gasse HG der ersten Schaltwalze 10 zusammen. Die Planetengetriebe-Betätigungseinrichtung 30 kann dabei auch mit der „Low“-Gasse LG der ersten Schaltwalze 10 zusammenwirken. Durch Betätigen der Planetengetriebe-Betätigungseinrichtung 30 kann somit ein entsprechendes Planetengetriebe GP zwischen den Zuständen „High“ und „Low“ über ein entsprechendes Schaltelement geschaltet werden.
9 zeigt eine Schaltaktorik gemäß 8 im Detail.
In 9 ist nun die Planetengetriebe-Betätigungseinrichtung 30 nochmals genauer gezeigt. In der linken Hälfte der 9 ist eine Schnittdarstellung gezeigt, wohingegen auf der rechten Seite der 9 eine dreidimensionale Ansicht, insbesondere des Überlappbereichs zwischen der „High“-Gasse und der „Low“-Gasse 40 gezeigt ist.
In 9 ist die Planetengetriebe-Betätigungseinrichtung 30 in Form einer Schaltstange ausgebildet, die parallel zur Achse der ersten Schaltwalze 10 verschieblich angeordnet ist. Wird nun die Schaltstange 30 von der Stellung „Low“ in die Stellung „High“ verschoben, wird durch die Rotation der ersten Schaltwalze 10 ein Stößel 31 der Planetengetriebe-Betätigungseinrichtung 30 in der „Low“-Gasse LG verschoben. Der Stößel 31 der Planetengetriebe-Betätigungseinrichtung 30 wird über einen Gleitstein 32 in der jeweiligen Gasse LG, HG geführt. Die Gassentiefe der „Low“-Gasse LG ist im Übergangsbereich 40 zur „High“-Gasse leicht reduziert. Beim Gassenwechsel von der „Low“-Gasse zur „High“-Gasse wird der Stößel 31 leicht in die Planetengetriebe-Betätigungseinrichtung 30 30 gedrückt. Nachdem der Gassenwechsel abgeschlossen ist, wird der Stößel 31 durch eine Feder 34 wieder in die ursprüngliche Position gedrückt. Über die Vorspannung der Feder 34 wird der Stößel 31 in der Gasse LG, HG gehalten. Die Feder 34 wird über eine Schraube 33 in Position gehalten. Wird die erste Schaltwalze 10 nun in die umgekehrte Richtung gedreht, bleibt der Stößel 31 in der „High“-Gasse HG. Grund ist der durch die Feder vorgespannte Stößel 31 und die Höhendifferenz 40a zwischen der „High“-Gasse HG und der „Low“-Gasse LG im Bereich des Gassenwechsels 40. Die Gassentiefe der „Low“-Gasse LG ist im Übergangsbereich 40 zur „High“-Gasse HG leicht reduziert.
Zusammenfassend bietet die vorliegende Erfindung die folgenden Vorteile: Zum einen weist die Schaltaktorik eine sehr kompakte Bauform aufgrund eines hohen Integrationsgrades auf. Weiterhin weist die Schaltaktorik einen geringen Aktuatoraufwand auf, insbesondere beispielsweise lediglich eine E-Maschine und ein bzw. zwei Zweistellungsmagnete, welche abhängig vom jeweiligen Sperrmittel sind. Darüber hinaus ist ein geringer sensorischer Aufwand notwendig, insbesondere beispielsweise lediglich zwei Winkelsensoren für die jeweiligen Schaltwalzen, ein Wegsensor für die Schaltstange des Planetengetriebes für dessen Schaltung und/oder ein bzw. zwei Wegsensoren für die Sperrmittel, abhängig vom jeweiligen Sperrkonzept, um eine Betätigung derselben zu überwachen. Darüber hinaus können viele Gleichteile eingesetzt werden und die Schaltaktorik kann komplett vormontiert werden. Ebenso können mittels der Schaltaktorik Schaltungen nach dem Prinzip der geringsten Trägheitsmomente ermöglicht werden, d.h. bei Gruppenschaltung wird erst das Planetengetriebe GP geschaltet, im Anschluss die Abtriebskonstante und als letztes das jeweilige Hauptgetriebe. Sollte das Getriebe ohne Planetengetriebe in einem Bus eingesetzt werden, kann die Schaltaktorik mit sehr geringem Aufwand angepasst werden. Die Schaltwalzen können über eine Sperreinheit verriegelt werden, die elektrische Maschine muss somit kein „Gang halten“ (M > 0; m = 0) abbilden können. Insoweit bietet die vorliegende Erfindung für die Schaltaktorik einen minimalen Bauraumbedarf, minimalen Sensoraufwand, minimalen Stellaufwand und eine elektrische Betätigung.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.
Bezugszeichenliste

1: Schaltaktorik
2, AM: Antriebsmotor
3, AG: Antriebsgetriebe
4, DG: Differentialgetriebe
5a, 5b: Kegelrad
6: Nadellager
7: Gehäuse Differential
8a, 8b: Vorsprung Sperrblech
8: Sperrblech
9: Festlager Schaltwalze
10, 11: Schaltwalze
12: Sperrnuten
13: Loslager Schaltwalze
20, 21, 22, 23: Schaltgabeln
30a, 30b: Schaltstange
30: Schaltstange GP
31: Stößel
32: Gleitstein
33: Schraube
34: Feder
40: Übergangsbereich
40a: Höhendifferenz
50: Getriebe
SEB1, SEB2, SEB3, SEB4, SEB5: Schaltelementbetätigungseinrichtung
LG: Schaltgasse “Low” GP
HG: Schaltgasse “High” GP
GP: Planetengetriebe
BM, BM1, BM2: Betätigungsmittel
SM1, SM2: Sperrmittel
N: umlaufende Nut

Claims

Schaltaktorik für ein Getriebe (1), insbesondere Doppelkupplungsgetriebe, zur Betätigung mehrerer Schaltelementbetätigungseinrichtungen (SEB1, SEB2, SEB3, SEB4, SEB5, 20, 21, 22, 23), insbesondere Schaltgabeln (20, 21, 22, 23), wobei eine Schaltelementbetätigungseinrichtung (SEB1, SEB2, SEB3, SEB4, SEB5, 20, 21, 22, 23) jeweils zur Betätigung von einem oder zwei Schaltelementen (S11, S12, S21, S22, S31, S32, S33, S41, S42) ausgebildet ist, umfassend Betätigungsmittel (BM, 10, 11), insbesondere eine Schaltwalze (10, 11) zur Betätigung zumindest zweier Schaltelementbetätigungseinrichtungen (SEB1, SEB2, SEB3, SEB4, SEB5, 20, 21, 22, 23), dadurch gekennzeichnet, dass zur Betätigung der Schaltelementbetätigungseinrichtungen (SEB1, SEB2, SEB3, SEB4, SEB5, 20, 21, 22, 23) zumindest zwei Betätigungsmittel (BM, 10, 11), insbesondere in Form von Schaltwalzen, angeordnet sind, derart dass jeweils mit einem Betätigungsmittel (10; 11) zumindest zwei Schaltelementbetätigungseinrichtungen (SEB1, SEB2; SEB3, SEB4, SEB5) betätigbar sind, und wobei zumindest ein Differenzmittel (8a, 8b, 12, SM1, SM2) angeordnet ist, derart dass in Abhängigkeit eines zu betätigenden Schaltelements (S11, S12, S21, S22, S31, S32, S33, S41, S42) jeweils nur ein Betätigungsmittel (BM, 10, 11, BM1, BM2) betätigbar ist und ein gemeinsames Antriebsmittel (AN, 2, 3, 4, DG) für die Betätigungsmittel (BM, 10, 11, BM1, BM2) angeordnet ist.
Schaltaktorik gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das gemeinsame Antriebsmittel (2, 3, 8, 8a, 8b, 4, DG) ein Differentialgetriebe (DG) umfasst, welches mit den zumindest zwei Betätigungsmitteln (BM1, BM2, 10, 11) zusammenwirkt, insbesondere wobei das Differentialgetriebe (DG) als Kegelradgetriebe, Stirnradgetriebe, Schraubenradgetriebe und/oder Kugeldifferential ausgeführt ist.
Schaltaktorik gemäß einem der Ansprüche 1–2, dadurch gekennzeichnet, dass Antriebsmittel (AN, 2, 3, 4, DG) einen Motor (2), insbesondere in Form eines Elektromotors, Pneumatikmotors und/oder Hydraulikmotors, und ein Antriebsgetriebe (3), insbesondere in Form eines Stirnradgetriebes, Planetengetriebes, Schneckengetriebes und/oder CVT Getriebes, umfassen.
Schaltaktorik gemäß einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsgetriebe (AN, 2, 3, 4, DG) und das Differentialgetriebe (DG) in der gleichen Form ausgebildet sind, insbesondere in Form eines Stirnradgetriebes.
Schaltaktorik gemäß einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenzmittel (8, 8a, 8b, 12, SM1, SM2) Sperrmittel (8a, 8b, SM1, SM2) zur Sperrung der Betätigungsmittel (10, 11, BM1, BM2) umfassen.
Schaltaktorik gemäß einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Betätigungsüberwachungsmittel zur Überwachung der Betätigungsmittel (10, 11, BM1, BM2) angeordnet ist, insbesondere wobei für jedes Betätigungsmittel (10, 11, BM1, BM2) jeweils ein Betätigungsüberwachungsmittel angeordnet ist.
Schaltaktorik gemäß einem der Ansprüche 5–6, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Sperrmittel (8a, 8b, SM1, SM2) der Anzahl der Betätigungsmittel (10, 11, BM1, BM2) entspricht.
Schaltaktorik gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Sperrüberwachungsmittel zur Überwachung der Sperrmittel (8a, 8b, SM1, SM2) angeordnet ist, insbesondere wobei jedem Sperrmittel (8a, 8b, SM1, SM2) jeweils ein Sperrüberwachungsmittel zugeordnet ist.
Schaltaktorik gemäß einem der Ansprüche 6–8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrüberwachungsmittel und/oder Betätigungsüberwachungsmittel Winkelsensoren und/oder Wegsensoren umfassen.
Schaltaktorik gemäß einem der Ansprüche 7–9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrmittel (8a, 8b, SM1, SM2) zumindest einen Zweistellungsmagneten und/oder ein Sperrblech (8) umfassen.
Schaltaktorik gemäß einem der Ansprüche 1–10, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrmittel (8a, 8b, SM1, SM2) verschiebbar ausgebildet sind und mittels der Verschiebung eines der Betätigungsmittel (10; 11) sperrbar sind und ein weiteres der Betätigungsmittel (10; 11) freigebbar ist.
Schaltaktorik gemäß einem der Ansprüche 1–11, dadurch gekennzeichnet, dass eine GP-Betätigungseinrichtung (30, 31, 32, 33, 34) angeordnet ist, die derart ausgebildet ist, um mit einem der Betätigungsmittel (10, 11, BM1, BM2) zur Schaltung eines Planetengetriebes (GP) zusammenzuwirken (31, 32, 33, 34, LG, HG).
Verfahren zum Betreiben einer Schaltaktorik nach einem der Ansprüche 1–12, gekennzeichnet durch die Schritte – Betätigen der Differenzmittel (8, 8a, 8b, 12, SM1, SM2), so dass ein Betätigungsmittel (10, BM1; 11, BM2) freigegeben wird und ein anderes Betätigungsmittel (11; 10) gesperrt wird; – Betätigen des freigegebenen Betätigungsmittels (10, BM1) durch Betätigen der Antriebsmittel (2, 3, 4, DG).
Getriebe mit einer Schaltaktorik gemäße einem der Ansprüche 1–12.
Kraftfahrzeug mit einer Schaltaktorik gemäß einem der Ansprüche 1–12.