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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Aktor, insbesondere einen Getriebeaktor für ein Getriebe eines Kraftfahrzeuges, wobei der Aktor einen Klemmkörperfreilauf aufweist, der über eine Übersetzung an ein Wählrad des Getriebaktors angebunden ist.
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Bekanntermaßen können die Gänge von Getrieben von Kraftfahrzeugen, wie beispielsweise automatisierte Schaltgetriebe (ASG) bzw. elektrische Schaltgetriebe (ESG) bzw. unterbrechungsfreie Schaltgetriebe (USG) bzw. Parallelschaltgetriebe (PSG) bzw. Doppelkupplungsgetriebe (DKG), mittels eines Getriebeaktors ein- und ausgelegte werden, der dabei eine sogenannte äußere Getriebeschaltung bildet.
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Beispielsweise ist aus der
DE 10 2004 038 955 A1 bekannt, genau einen Elektromotor in ein Kraftfahrzeuggetriebeaktor zu verwenden, um sowohl die Wählbewegungen, als auch die Schaltbewegungen im Getriebe durchzuführen. Ein entsprechender Getriebeaktor wird daher auch als 1-Motor-Getriebeaktor bezeichnet.
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Aus der
DE 10 2006 054 901 A1 ist bekannt, diesen 1-Motor-Getriebeaktor so aufzubauen, dass eine Drehung des Elektromotors als Antriebskraft für den Getriebeaktor in eine erste Richtung eine Schaltbewegung und eine entsprechende Bewegung des Elektromotors in die andere Richtung eine Wählbewegung der Schaltwelle des Getriebes bewirkt. Zum Schalten von einer Schaltbewegung in eine Wählbewegung weist der Getriebeaktor eine Verbindungseinrichtung auf, welche eine Spindelmutter mit entsprechenden Zahnstangen bzw. Zahnrädern zum Bewirken einer Schalt- bzw. Wählbewegung der Schaltwelle koppelt.
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Aus der bisher nicht-veröffentlichten Anmeldung der Anmelderin
DE 10 2013 207 871.4 , die hiermit vollumfänglich in Bezug genommen wird, ist weiterhin ein Getriebeaktor bekannt, der geeignet ist, ein automatisiertes Getriebe (PSG, ASG oder DKG) zu betätigen.
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In den Getriebeaktoren werden Freiläufe eingesetzt, um unterschiedliche Teilsysteme des Getriebeaktors drehrichtungsabhängig anzutreiben. Bei 1-Motor-Getriebeaktoren (SGA) wird ein Klemmkörperfreilauf eingesetzt, um zwischen Gang-Auslegen und Wählen einerseits und Gang-Einlegen andererseits zu unterscheiden. Üblicherweise ist der Freilauf dabei direkt mit dem rotatorisch betriebenen Wählrad verbunden. Dabei wird das blockieren des Freilaufs benötigt, damit die Wählbewegung zuverlässig vor den Schaltgassen stoppt, um danach ein problemloses und störungsfreies Einfahren in die Schaltgasse zu ermöglichen.
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Es ist weiter bekannt, dass Klemmkörperfreiläufe eine kleine Winkelbewegung (Winkelbereich) gegen die erlaubte Drehrichtung benötigen, bevor sie sicher blockieren. Dieser Winkelbereich unterliegt einer kleinen toleranzabhängigen Streuung. Diese Bewegung um den Winkelbereich und die toleranzabhängige Streuung führen zusammen zu einer Verschlechterung der Ansteuerbarkeit der Schaltgassenposition beim Wählen.
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Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden. Es soll insbesondere ein Aktor, und bevorzugt ein Getriebeaktor für ein Getriebe eines Kraftfahrzeuges, mit einem Klemmkörperfreilauf vorgeschlagen werden, der zuverlässig und dauerhaft eine begrenzte Anzahl von vorbestimmten Positionen mit einer hohen Wiederholgenauigkeit (also geringen Winkelbewegung) anfahren kann, um in diesen Positionen Momente abzustützen. Die Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Die Erfindung betrifft einen Aktor mit zumindest einem Motor und einem Wählrad, wobei der Motor eine Motorspindel aufweist, die in zwei Drehrichtungen rotativ bewegbar ist und der Aktor über den Motor betätigt wird, wobei ein Klemmkörperfreilauf vorgesehen ist, der einerseits mit der Motorspindel und andererseits mit einem rotatorisch zu positionierendem Wählrad wirkverbunden ist, wobei der Klemmkörperfreilauf eine Drehung der Motorspindel in einer ersten Drehrichtung auf das Wählrad überträgt und bei einer Drehung der Motorspindel in einer zweiten Drehrichtung eine Drehung des Wählrads verhindert, so dass durch den Klemmkörperfreilauf der Aktor in Abhängigkeit von der Drehrichtung der Motorspindel zwischen zwei Funktionen umschalten kann, dadurch gekennzeichnet, dass der Klemmkörperfreilauf zumindest mit dem Wählrad über eine Übersetzung verbunden ist.
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Die Erfindung betrifft insbesondere einen Getriebeaktor für ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs.
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Insbesondere weist der (Getriebe-)Aktor genau einen Motor auft, eine drehbewegliche, mittels des Motors antreibbare Gewindespindel, eine mittels der Gewindespindel antreibbare Spindelmutter und eine mit der Spindelmutter wenigstens indirekt wirkverbundenen Schaltwelle, wobei die Spindelmutter eine erste und zweite Bewegungsart aus der Menge rotative und translatorische Bewegungen ausführen kann, wobei die erste von der zweiten Bewegungsart verschieden ist, umfassend weiter ein Getriebe, mit dem die erste Bewegungsart der Spindelmutter in eine Wählbewegung und/oder die zweite Bewegungsart der Spindelmutter in eine Schaltbewegung der Schaltwelle umgewandelt wird, wobei ein Klemmkörperfreilauf vorgesehen ist, der einerseits mit dem Motor und andererseits mit einem rotatorisch zu positionierendem Wählrad wirkverbunden ist, sowie mit der Spindelmutter, wobei der Klemmkörperfreilauf die Spindelmutter auf der Gewindespindel zumindest in einem axialen Bereich auf der Gewindespindel an einer rotativen Bewegung in einer ersten Drehrichtung hindert, so dass eine rotative Bewegung der Spindelmutter zur Bewirkung einer Wählbewegung der Schaltwelle ausschließlich in einer zweiten Drehrichtung möglich ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Klemmkörperfreilauf zumindest mit dem Wählrad über eine Übersetzung verbunden ist.
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Insbesondere ist die Übersetzung so ausgeführt, dass der Klemmkörperfreilauf schneller dreht als das Wählrad.
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Damit kann die Winkelbewegung/ der Winkelbereich, die/den der Klemmkörperfreilauf in einer rotativen Bewegung gegen die erlaubte Drehrichtung benötigt, bevor die Klemmkörper sicher blockieren, auf eine kleinere Winkelbewegung/ einen kleineren Winkelbereich übersetzt werden. Damit können auch die Winkelfehler infolge der toleranzabhängigen Streuung auf kleinere Abweichungen reduziert werden. Weiterhin werden die Abstützmomente vom Wählrad auf deutlich kleinere Abstützmomente am Klemmkörperfreilauf reduziert. Dies führt zu einer Verringerung der Beanspruchung des Klemmkörperfreilaufs und zu einer Reduzierung des Verschleißes.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst die Übersetzung eine Paarung von Stirnrädern (also insbesondere von Zahnrädern, die auf ihrem Umfangsflächen Verzahnungen aufweisen und über ihre Umfangsflächen miteinander in Eingriff sind).
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Gemäß einer anderen bevorzugten Ausgestaltung umfasst die Übersetzung ein Planetengetriebe.
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Klemmkörperfreiläufe werden insbesondere beim Einsatz in (1-Motor-Getriebe-)Aktoren so genutzt, dass nur eine begrenzte Anzahl n (wobei n eine natürliche Zahl kleiner 20 ist) von Winkelpositionen angefahren wird in denen die Klemmung des Klemmkörperfreilaufs greifen soll. In der Regel werden nur ca. 10 Winkelpositionen angefahren. Damit kann sich eine deutliche Ungleichverteilung des Verschleißes ergeben. Dieser kann dazu führen, dass nach einer relativ kurzen Einsatzzeit das Sperren des Klemmkörperfreilaufs an den gewünschten Winkelpositionen nicht mehr gelingt, so dass der Aktor nicht mehr betrieben werden kann.
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Infolge der Verbindung des Klemmkörperfreilaufs mit dem Wählrad über eine Übersetzung können diese Probleme überwunden werden. Insbesondere kann durch eine gezielte Auswahl der Übersetzung erreicht werden, dass sich die anzufahrenden n Winkelpositionen am gesamten Klemmkörperfreilauf verteilen.
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Insbesondere wird vorgeschlagen, dass die Übersetzung durch Paarungen von Zahnrädern gebildet ist, wobei die Zahnräder teilerfremde Zähnezahlen aufweisen.
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Es ist also beabsichtigt, dass durch die Übersetzung das Wählrad möglichst viele ganze Umdrehungen benötigt, bis der Klemmkörperfreilauf wieder dieselbe Position aufweist. In einer Stirnrad-Übersetzung kann dies erreicht werden durch teilerfremde Zähnezahlen auf den beiden Zahnrädern der Übersetzung (z. B. 31 Zähne auf der Antriebsseite (dem Wählrad) und 8 Zähne auf der Klemmkörperfreilaufseite).
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Insbesondere weist der Klemmkörperfreilauf eine Mehrzahl von Klemmkörpern auf, wobei die Anzahl der Klemmkörper teilerfremd bezüglich der Übersetzung ist.
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Durch diese besonders vorteilhafte Ausgestaltung wird verhindert, dass jeweils nach wenigen Umdrehungen ein anderer Klemmkörper an derselben Position stehen bleibt.
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Weiterhin wird auch ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, zumindest umfassend mehrere Radsätze zur Bildung von Gängen und mit einer Getriebeschaltung für das Einlegen und Auslegen von Gängen sowie mit einem erfindungsgemäßen (Getriebe-)Aktor für das Betätigen der Getriebeschaltung für das Einlegen und Auslegen von Gängen.
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Weiterhin wird ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, zumindest umfassend eine Antriebseinheit, und ein erfindungsgemäßes Getriebe für ein Kraftfahrzeug.
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Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung und Details aus den Figuren ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
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Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele, auf die die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Gegenstände. Es zeigen:
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2: die Anordnung des Klemmkörperfreilaufs in dem 1-Motor-Getriebeaktor aus 1
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3: den Klemmkörperfreilauf gemäß 1 und 2 und die auftretende Winkelbewegung des Wählrades;
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4: einen Aktor mit Klemmkörperfreilauf und Übersetzung mittels Stirnrädern;
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5: den Klemmkörperfreilauf gemäß 4 und die auftretende Winkelbewegung des Wählrades;
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6: einen Aktor mit Klemmkörperfreilauf und Übersetzung mittels Planetengetriebe;
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7: den Klemmkörperfreilauf gemäß 6 und die auftretende Winkelbewegung des Wählrades; und
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8: ein Kraftfahrzeug.
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1 zeigt einen 1-Motor-Getriebeaktor aus dem Stand der Technik
DE 10 2013 207 871.4 . Mit einem Motor
4 wird eine Stirnradverzahnung über eine entsprechende Motorspindel
24 angetrieben, wobei beide Drehrichtungen
12,
13 möglich sind. Die Stirnradverzahnung greift dabei in eine Hohlradinnenverzahnung ein, welche hier direkt eine Gewindespindel
5 antreibt. Je nach Drehrichtung der Motorspindel
24 des Motors
4 führt auch die Gewindespindel
5 eine rotative Bewegung
11 in einer ersten Drehrichtung
12 oder einer entgegengesetzten zweiten Drehrichtung
13 aus.
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Auf der Gewindespindel 5 ist eine Spindelmutter 6 angeordnet. Die Spindelmutter 6 ist über eine Verzahnung mit jeweils einem von zwei Zahnrädern im Eingriff, die selber über ein Wellenrad mit einer Schaltwelle 7 wirkverbunden sind. Eine axiale Verstellung der Spindelmutter 6 bewirkt eine Drehung eines der zwei Zahnräder. Diese Drehung bewirkt eine Drehung des Wellenrades und entsprechend eine Verschwenkung eines Schalthebels, der an der Schaltwelle 7 angeordnet ist.
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Wird die Spindelmutter 6 entlang der Gewindespindel 5 bewegt, kommt Sie in Eingriff mit einem weiteren Zahnrad. Solange die Spindelmutter 6 dabei in einem axialen Bereich der Gewindespindel 5 im Eingriff mit einem Abstützelement ist, kann sich die Spindelmutter 6 und das weitere Zahnrad nicht drehen. Eine Drehung wird erst dann möglich, wenn die Spindelmutter 6 soweit aus diesem axialen Bereich heraus und entlang der Gewindespindel 5 in einen anderen axialen Bereich hineinbewegt wurde, bis kein Eingriff mehr besteht zwischen Spindelmutter 6 und dem Abstützelement. Über das weitere Zahnrad ist die Spindelmutter 6 nun mit dem Klemmkörperfreilauf 9 verbunden. Der Klemmkörperfreilauf 9 erlaubt eine rotative Bewegung 11 nur in einer Drehrichtung, so dass die Spindelmutter 6 eine rotative Bewegung 11 ausschließlich in einer zweiten Drehrichtung 13 ausführen kann. Auf der Drehachse des Klemmkörperfreilaufs 9 ist auch ein Wählrad 10 angeordnet, über das die Drehung der Spindelmutter 6 an einen Wähltopf übertragen wird. Auch der Wähltopf kann entsprechend ausschließlich in einer Drehrichtung angetrieben werden und transformiert mit Hilfe einer auf seinem Umfang angeordneten Bahnkurve und einer gehäusefesten Kullissenbahn die Drehbewegung in eine Auf- und Abbewegung von Führungsstiften, die durch die Bahnkurve in die Kullissenbahn eingreifen und mit der Schaltwelle verbunden sind. Die Auf- und Abbewegung der Führungsstifte entspricht damit einer Wählbewegung des Schalthebels. Diese Wählbewegung wird so lange ausgeführt, wie sich der Motor 4 in der einen Drehrichtung bewegt. Dreht der Motor 4 seine Drehrichtung stoppt die Wählbewegung aufgrund des Klemmkörperfreilaufs 9. Allerdings dreht nun die Gewindespindel 5 und die Spindelmutter 5 wandert entlang der Gewindespindel zurück in den axialen Bereich, in dem eine rotative Bewegung 11 durch das Abstützelement erneut verhindert wird. Bei dieser axialen Bewegung der Spindelmutter 6 ist die Spindelmutter 6 über die Verzahnung erneut im Eingriff mit jeweils einem von zwei Zahnrädern, die mit der Schaltwelle 7 wirkverbunden sind. Über die axiale Bewegung der Spindelmutter 6 wird dann die Schaltbewegung ausgeführt.
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Die Zahnradpaarungen, die die Bewegung des Motors 4 auf den Klemmkörperfreilauf 9 und auf die Gewindespindel 5 übertragen, bzw. mit denen die erste Bewegungsart (hier rotative Bewegung 11) der Spindelmutter 6 in eine Wählbewegung und die zweite Bewegungsart (hier entlang der Gewindespindel 5) in eine Schaltbewegung übertragen wird, werden als Getriebeaktorgetriebe 8 bezeichnet.
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2 zeigt die Anordnung des Klemmkörperfreilaufs 9 in dem 1-Motor-Getriebeaktor 1 aus 1. Über das Getriebeaktorgetriebe 8 wird der Klemmkörperfreilauf 9 angetrieben. Dieser lässt eine rotative Bewegung 11 nur einer Drehrichtung zu. Auf der Drehachse 23 des Klemmkörperfreilaufs 9 ist das Wählrad 10 angeordnet.
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3 zeigt den Klemmkörperfreilauf 9 gemäß 1 und 2 und die auftretende Winkelbewegung 22 des Wählrades 10. Wird die Drehrichtung der Drehachse 23 umgekehrt, blockiert der Klemmkörperfreilauf 9 mit Klemmkörpern 19 eine weitere rotative Bewegung 11 in dieser Drehrichtung. Allerdings nicht sofort. Der Klemmkörperfreilauf 9 benötigt eine kleine Winkelbewegung 22 gegen die erlaubte Drehrichtung, bevor er sicher blockiert. Diese Winkelbewegung 22 unterliegt einer toleranzabhängigen Streuung 21 (Toleranz). Beides zusammen (Winkelbewegung 22 bis Klemmung und toleranzabhängige Streuung 21 der Winkelbewegung 22) führt zu einer Verschlechterung der Ansteuerbarkeit der Schaltgassenposition bei der Wählbewegung. Da der 1-Motor-Getriebeaktor auch nur eine begrenzte Anzahl von n Winkelpositionen anfährt, bei denen eine Klemmung greifen soll, ergibt sich zudem eine deutliche Ungleichverteilung des Verschleißes.
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4 zeigt einen (Getriebe-)Aktor 1 mit Klemmkörperfreilauf 9 und Übersetzung 14 mittels Stirnrädern 15. Der Aktor 1 umfasst einen Motor 4 und ein Wählrad 10, wobei der Motor 4 eine Motorspindel 24 aufweist, die in zwei Drehrichtungen 12, 13 rotativ bewegbar ist und der Aktor 1 über den Motor 4 betätigt wird. Der Klemmkörperfreilauf 9 ist einerseits mit der Motorspindel 24 und andererseits mit dem rotatorisch zu positionierendem Wählrad 10 wirkverbunden, wobei der Klemmkörperfreilauf 9 eine Drehung der Motorspindel 24 in einer ersten Drehrichtung 12 auf das Wählrad 10 überträgt und bei einer Drehung der Motorspindel 24 in einer zweiten Drehrichtung 13 eine Drehung des Wählrads 10 verhindert, so dass durch den Klemmkörperfreilauf 9 der Aktor 1 in Abhängigkeit von der Drehrichtung der Motorspindel 24 zwischen zwei Funktionen umschalten kann. Hier ist zusätzlich ein Getriebeaktorgetriebe 8 dargestellt, dass mit dem Klemmkörperfreilauf 9 wirkverbunden ist. Das Getriebeaktorgetriebe 8 wird ebenfalls über den Motor 4 angetrieben. Der Klemmkörperfreilauf 9 und das Wählrad 10 liegen hier nicht auf einer gemeinsamen Drehachse 23 des Klemmkörperfreilaufs 9 sondern auf verschiedenen Drehachsen, die hier parallel zueinander angeordnet sind. Die als Zahnräder 17 ausgeführten Stirnräder 15 bilden eine Übersetzung 14, so dass der Klemmkörperfreilauf 9 schneller dreht als das Wählrad 10. Dabei wird eine hinreichend irrationale Übersetzung 14 gewählt, so dass sich die n Winkelpositionen des Wählrades 10 auf möglichst viele Winkelpositionen des Klemmkörperfreilaufs 9 verteilen. Die Übersetzung 14 sollte so ausgeführt sein, dass die Drehachse 23 möglichst viele ganze Umdrehungen benötigt, bis der Klemmkörperfreilauf 9 wieder an der gleichen Stelle zum Stehen kommt. In einer Übersetzung 14 mittels Stirnrädern 15 kann dies durch teilerfremde Zähnezahlen 18 auf den beiden Zahnrädern 17 der Übersetzung 14 realisiert werden (z. B. 31 Zähne auf dem größeren Zahnrad 17 und 8 Zähne auf dem kleineren Zahnrad 17, dass auf der Drehachse 23 des Klemmkörperfreilaufs 9 angeordnet ist.
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Auch die Anzahl der Klemmkörper 19 sollte beachtet werden und teilerfremd bezüglich der Übersetzung 14 sein, da ansonsten nach wenigen Umdrehungen ein anderer Klemmkörper 19 an derselben Stelle stehen bleibt und der Verschleiß entsprechend ungleichmäßig verteilt wird.
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5 zeigt den Klemmkörperfreilauf 9 gemäß 4 und die auftretende Winkelbewegung 22 des Wählrades 10. Die Winkelbewegung 22 des Wählrades 10 ist nun wesentlich geringer, da der Klemmkörperfreilauf 9 schneller dreht als das Wählrad 10 und daher schneller blockiert. So wird die rotative Bewegung 11 des Wählrades 10 in der zu blockierenden Drehrichtung nach einer kleineren Winkelbewegung 22 des Wählrades 10 gestoppt.
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6 zeigt einen (Getriebe-)Aktor 1 mit Klemmkörperfreilauf 9 und Übersetzung 14 mittels Planetengetriebe 16. Der Klemmkörperfreilauf 9 und das Wählrad 10 liegen hier nicht auf einer gemeinsamen Drehachse 23 des Klemmkörperfreilaufs 9 sondern auf verschiedenen Drehachsen, die hier parallel und koaxial zueinander angeordnet sind. Die als Zahnräder 17 ausgeführten Stirnräder 15 bilden in dem Planetengetriebe 16 eine Übersetzung 14, so dass der Klemmkörperfreilauf 9 schneller dreht als das Wählrad 10.
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7 zeigt den Klemmkörperfreilauf gemäß 6 und die auftretende Winkelbewegung 22 des Wählrades 10. Die Winkelbewegung 22 des Wählrades 10 ist nun wesentlich geringer, da der Klemmkörperfreilauf 9 schneller dreht als das Wählrad 10 und daher schneller blockiert. So wird die rotative Bewegung 11 des Wählrades 10 in der zu blockierenden Drehrichtung nach einer kleineren Winkelbewegung 22 des Wählrades 10 gestoppt.
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8 zeigt ein Kraftfahrzeug 3 mit einer Antriebseinheit 20 und einem Getriebe 2, wobei das Getriebe 2 einen (Getriebe-)Aktor 1 aufweist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Getriebeaktor
- 2
- Getriebe
- 3
- Kraftfahrzeug
- 4
- Motor
- 5
- Gewindespindel
- 6
- Spindelmutter
- 7
- Schaltwelle
- 8
- Getriebeaktorgetriebe
- 9
- Klemmkörperfreilauf
- 10
- Wählrad
- 11
- rotative Bewegung
- 12
- erste Drehrichtung
- 13
- zweite Drehrichtung
- 14
- Übersetzung
- 15
- Stirnrad
- 16
- Planetengetriebe
- 17
- Zahnrad
- 18
- Zähnezahl
- 19
- Klemmkörper
- 20
- Antriebseinheit
- 21
- toleranzabhängige Streuung
- 22
- Winkelbewegung
- 23
- Drehachse
- 24
- Motorspindel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004038955 A1 [0003]
- DE 102006054901 A1 [0004]
- DE 102013207871 [0005, 0026, 0034, 0037]
