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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Getriebeaktor zum wählenden und schaltenden Betätigen einer Schaltwelle eines Schaltgetriebes mit zumindest zwei Gängen, mit genau einem Motor zum Antreiben des Getriebeaktors, mit einer Spindelwelle und einer Zwischenwelle, entlang deren Spindelachse eine Spindelmutter zwischen wenigstens zwei axialen Stellungsbereichen verlagerbar ist, wobei die Spindelmutter in den ersten Stellungsbereich zur schaltenden Betätigung und in den zweiten Stellungsbereich über die Zwischenwelle zur wählenden Betätigung mit der Schaltwelle wirkverbindbar ist, ferner mit einem Freilauf, welcher so angeordnet ist, dass eine Rotation der Zwischenwelle in einer Sperrrichtung im Wesentlichen gesperrt wird. Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Montageverfahren für einen solchen Getriebeaktor.
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Es gibt einen Bedarf, den Komfort eines automatischen Getriebes, nämlich das automatische Schalten, mit den günstigen und bewährten Komponenten eines manuellen Schaltgetriebes zu kombinieren, indem die beiden Betätigungsbewegungen eines Wählens und eines Schaltens durch einen Getriebeaktor übernommen werden. Diese Kombination wird auch als automatisiertes Schaltgetriebe bezeichnet. Um den Vorteil des geringen Preises nicht zu verlieren, ist ein besonders günstiger Getriebeaktor gewünscht. Ein besonders hohes Einsparpotential wird erreicht, wenn beide Betätigungsbewegungen mit einem Elektromotor erreicht werden.
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Ein solcher, gattungsgemäßer Getriebeaktor ist beispielsweise aus der
PCT/EP 2014/057 410 bekannt. Der Inhalt dieser Veröffentlichung soll hiermit als hierin integriert gelten. Diese beschreibt einen Getriebeaktor mit genau einem Motor, einer von dem Motor, ggf. über ein Getriebe vorzugsweise mit einer Übersetzung von mindestens 1 angetriebenen Spindel, einer mit der Spindel in Wirkverbindung stehenden Spindelmutter, einer mit der Spindelmutter wenigstens indirekt wirkverbundenen Schaltwelle, wobei die Spindelmutter eine erste und eine zweite Bewegungsart aus der Menge rotatorische und translatorische Bewegungen ausführen kann, wobei die erste von der zweiten Bewegungsart verschieden ist, umfassend weiter wenigstens ein Getriebe, mittels dessen die erste Bewegungsart der Spindelmutter in eine Wählbewegung und/oder die zweite Bewegungsart der Spindelmutter in eine Schaltbewegung der Schaltwelle umgewandelt wird, wobei das Getriebe die Spindelmutter, zwei Zahnräder und ein Wellenrad, welches mit der Schaltwelle verbunden ist und in einem ersten axialen Stellungsbereich eine translatorische Bewegung der Spindelmutter über genau eines der Zahnräder in eine rotatorische Bewegung der Schaltwelle als Schaltbewegung umwandelt, und / oder die Spindelmutter, ein Übersetzungszahnrad und einen Wähltopf mit einer im Wesentlichen periodischen Bahnkurve, die mit der Schaltwelle wirkverbunden ist und in einem zweiten axialen Stellungsbereich eine rotatorische Bewegung der Spindelmutter in eine im Wesentlichen periodisch wiederkehrende Heb- und Senkbewegung der Schaltwelle als Wählbewegung umwandelt aufweist.
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Weitere Aspekte eines gattungsgemäßen Getriebeaktors sind auch aus der
DE 10 2014 205 659.4 bekannt. Der Inhalt dieser Veröffentlichung soll hiermit als hierin integriert gelten. Diese beschreibt Aktor zum Betätigen einer Schaltwelle eines Getriebe, wenigstens zum Wählen und Schalten wenigstens zweier Gänge, wobei über wenigstens ein Getriebe eine Bewegung eines Motors in eine Schaltbewegung und wahlweise in eine Wählbewegung umgesetzt wird.
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Im Übrigen ist aus einer der Patentanmelderin bekannten, nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung ein weiterer gattungsgemäßer Getriebeaktor bekannt. Der Inhalt dieser Veröffentlichung soll hiermit als hierin integriert gelten. Diese Patentanmeldung beschreibt einen Aktor zum Wählen und Schalten wenigstens zweier Gänge eines Getriebes, mit einem Motor und wenigstens einer Übersetzungseinrichtung, die eine Bewegung des Motors in einem Schaltzustand in eine Schaltbewegung und in einem Wählzustand in eine Wählbewegung einer Schaltwelle umsetzt, wobei die Übersetzungseinrichtung eine Spindeltriebeinheit aufweist und eine Spindelmutter der Spindeltriebeinheit in dem Schaltzustand, in dem sich die Spindelmutter in einem ersten axialen Verschiebebereich befindet, zum Verdrehen der Schaltwelle, axial mittels einer Rastiereinheit geführt ist, wobei die Rastiereinheit aktorgehäusefest angeordnet ist und zumindest einen Verschiebehemmabschnitt aufweist, der derart ausgestaltet und angeordnet ist, dass zumindest in dem Wählzustand ein Einschieben der Spindelmutter in den ersten axialen Verschiebebereich blockiert ist.
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Die voranstehend genannte
PCT/EP 2014/057 410 beschreibt den Freilauf als einen Freilauf mit einer Verzahnung, beispielsweise einen sogenannten Sperrklinkenfreilauf. Dabei ergibt sich das Problem, dass der Sperrklinkenfreilauf immer zu einem vorab festgelegten Anschlag zurückstellt, was bei Vorliegen von Verschleiß in dem Getriebeaktor dazu führen kann, dass ein Betrieb des Getriebeaktor gestört oder blockiert werden kann. Dabei ergibt sich auch das Problem, dass ein solcher Freilauf Geräusche verursacht, wobei diese Geräusche störend sein können.
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Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, die aus dem Stand der Technik bekannten Probleme zu beheben. Die Erfindung soll einen verschleißtoleranten Freilauf vorsehen. Ferner soll die Erfindung einen geräuscharmen Freilauf vorsehen. Die Erfindung soll einen kostengünstigen, leichten und/oder klein bauenden Getriebeaktor vorsehen.
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Die Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Getriebeaktor erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Freilauf winkelunabhängig sperrend ausgestaltet ist. Dabei kann präzisiert werden, dass der Freilauf rotationswinkelunabhängig sperrend ausgestaltet sein kann. Wenn der Freilauf winkelunabhängig sperren kann, kann der Freilauf während der Lebensdauer des Getriebeaktors bei Verschleiß-angepassten Sperrpositionen sperren.
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Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend beschrieben.
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Es kann vorgesehen sein, dass der Freilauf zumindest eine Klemmrolle oder zumindest einen Klemmkörper hat. Sowohl Klemmrollen wie auch Klemmkörper sind bewährte und kostengünstige Klemmmittel von Freiläufen.
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Wenn die zumindest eine Klemmrolle oder der zumindest eine Klemmkörper vorgespannt ist, wird ein besonders schnell sperrender Freilauf erreicht, so dass eine Steuerung des Getriebeaktors vereinfacht wird. Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn die zumindest eine Klemmrolle oder der zumindest eine Klemmkörper federvorgespannt ist, da eine Federvorspannung kostengünstig ist.
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Es kann sowohl vorgesehen sein, dass die zumindest eine Klemmrolle oder der zumindest eine Klemmkörper ortsfest gelagert ist, als auch dass die zumindest eine Klemmrolle oder der zumindest eine Klemmkörper mitdrehend bzw. umlaufend gelagert ist. Unter ortsfest wird in diesem Fall verstanden, dass das Klemmmittel sich innerhalb eines vorab festgelegten Bereichs, wie einer zum Aufnehmen eines, vorzugsweise einzigen, Klemmmittels angeordneten und ausgestalteten Kavität einer Freilaufschale, befindet. Ein solcher Bereich kann auch durch einen Käfig vorgegeben sein, wie er in ähnlicher Weise von Wälzlagern bekannt ist. Unter mitdrehend wird in diesem Fall verstanden, dass der vorab festgelegten Bereich relativ zu einer drehbaren Welle oder relativ zu einer drehbaren Freilaufschale festgelegt ist.
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Wenn der Freilauf näherungsweise konzentrisch zu der Zwischenwelle angeordnet ist, kann der Freilauf eine Drehrichtung der Zwischenwelle sperren. Wenn der Freilauf näherungsweise konzentrisch zu der Spindelwelle und an einem die Spindelmutter in dem zweiten axialen Stellungsbereich mit der Zwischenwelle verbindenden Übertragungsglied, wie einem Zahnrad, angeordnet ist, kann der Freilauf eine Drehrichtung des Übertragungsglieds sperren.
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Es kann, auch unabhängig beanspruchbar, vorgesehen sein, dass der Freilauf in einem separaten Freilaufgehäuse gelagert ist, das an einem Aktorgehäuse des Getriebeaktors gelagert ist. Wenn ein solches Freilaufgehäuse vorgesehen wird, so kann erst der Freilauf an dem Freilaufgehäuse gelagert und gegebenenfalls festgelegt werden, ehe eine somit gebildete Freilaufbaugruppe als Ganzes in das Aktorgehäuse zu den weiteren Elementen des Getriebeaktors montiert wird. Dies kann die Montage des Getriebeaktors erheblich vereinfachen, so dass Kosten gespart werden können.
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Das Freilaufgehäuse kann einteilig oder zweiteilig mit einer Freilaufschale gebildet sein. Als Freilaufschale wird, in Analogie zum Wälzlagerbau, eine radial innere oder radial äußere Hülse oder dergleichen bezeichnet, welche den Freilauf radial innen oder radial außen umgibt. Die einteilige Variante kann wegen des Verzichts auf eine separate Freilaufschale besonders kostengünstig sein. Die zweiteilige Variante kann beispielsweise bei Verwendung unterschiedlicher Freiläufe besonders kostengünstig sein, weil der Einsatz nur eines Freilaufgehäuses mit unterschiedlichen Konfigurationen ermöglicht wird.
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Das Freilaufgehäuse kann ein Blechteil sein. Blechteile sind kostengünstig herzustellen.
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Das Freilaufgehäuse kann ein Gussteil aus Metall, ein Sinterteil aus Metall oder ein Formteil aus Kunststoff sein. Bei den genannten Freilaufgehäusearten ist ein Konstrukteur in der Gestaltung des Freilaufgehäuses sehr frei, beispielsweise sind Hinterschneidungen und/oder an eine Belastung angepasste und somit leichte Konstruktionen möglich.
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Wenn das Freilaufgehäuse zumindest einen Durchlass hat, der so ausgestaltet und angeordnet ist, dass ein Fluid hindurchströmen kann, kann ein Fluidfluss in dem Getriebeaktor begünstigt sein. Das Fluid kann ein Schmieröl, eine Getriebeöl, eine Wärmeleitflüssigkeit oder ein Gas sein. Dementsprechend kann eine Schmiermittelversorgung oder eine Wärmeabfuhr begünstigt sein.
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Um eine Montage des Getriebeaktors zu vereinfachen und kostengünstiger zu machen, kann vorgesehen sein, dass das Freilaufgehäuse eine Aufnahme für ein Montagemittel aufweist. Beispielsweise kann das Freilaufgehäuse eine Stiftaufnahme für einen Montagestift oder dergleichen aufweisen.
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Wenn die Aufnahme ein Langloch ist, kann dies eine Montage dadurch vereinfachen, dass das zu montierende Getriebe leicht und gleichzeitig begrenzt bewegbar ist, so dass ein Monteur die Vorzüge eines blockierten Freilaufs und die Vorzüge eines nicht blockierten Freilaufs nutzen kann.
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Wenn das Langloch nierenförmig ausgestaltet ist, kann eine Position zu einem an sich drehbaren Teil, wie einem Zahnrad, besonders einfach festgelegt sein.
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Wenn ein mit dem Montagemittel zu blockierendes Bauteil ein Zahnrad oder dergleichen ist, ist es bevorzugt, wenn das Langloch in seinen Abmessungen der Teilung des Zahnrads entspricht, so dass jede Verzahnungsposition montierbar ist.
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Eine besonders steife und damit leichte Konstruktion wird erhalten, wenn das Freilaufgehäuse mit zumindest einer Versteifungsrippe ausgestaltet ist. Die Versteifungsrippe kann auch entlang eines Rands des Freilaufgehäuses angeordnet sein.
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Wenn das Freilaufgehäuse als "8" geformt ist, kann ein bei sperrendem Freilauf entstehendes Drehmoment von dem Freilaufgehäuse an dem Aktorgehäuse abgestützt werden. Dies vereinfacht die Konstruktion erheblich, da keine zusätzliche Befestigung, wie eine separate Drehmomentstütze, vonnöten ist. Somit werden Kosten gespart. Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn der Freilauf näherungsweise mittig in dem unteren oder dem oberen Rund der Zahl „8“ aufgenommen ist. Der Begriff „Rund“ bezieht sich auf die Zahl „8“ und ist nicht geometrisch eng beschränkend gemeint.
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Ein auch unabhängig beanspruchbares Montageverfahren für einen Getriebeaktor, welcher zumindest das Freilaufgehäuse hat, beinhaltet die folgenden Schritte, nämlich Montieren des Freilaufgehäuses mit dem Freilauf, Montieren einer Welle an dem Freilauf und Montieren des Freilaufgehäuses in dem Aktorgehäuse. Mittels dieses Verfahrens ist es möglich, die aufwendigen Schritte des Montierens des Freilaufs an dem Freilaufgehäuse und an einer Welle außerhalb des Aktorgehäuses vorzunehmen, so dass ein Monteur nicht in seinem Arbeitsraum beschränkt ist.
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Dieses Montageverfahren kann derart weitergebildet werden, dass es vor dem Schritt des Montierens der Welle an dem Freilauf die folgenden Schritte beinhaltet, nämlich Vorsehen eines einteiligen oder mehrteiligen Zweiverzahnungsstufenteils und Anformen einer Sensorwelle an dem Zweiverzahnungsstufenteil, wobei das Verfahren vor dem Schritt des Montierens des Freilaufgehäuses in dem Aktorgehäuse ferner die Schritte beinhaltet Einführen des Montagestifts in die Stiftaufnahme und Montieren des Übertragungsglieds an dem Freilaufgehäuse. Mittels dieses Verfahrens ist es möglich, die aufwendigen Schritte des Montierens des Freilaufs an dem Freilaufgehäuse mit der Aufnahme für das Montagemittel außerhalb des Aktorgehäuses vorzunehmen, so dass ein Monteur nicht in seinem Arbeitsraum beschränkt ist.
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Schlaglicht-artig zusammengefasst lässt sich die Erfindung wie folgt beschreiben: Ein Getriebeaktor, der auch als Einmotor-Getriebeaktor bezeichnet sein kann, und der in seinen Grundzügen bereits aus der
PCT/EP 2014/057 410 bekannt ist, soll verbessert werden. Hierbei soll insbesondere die Funktion eines Freilaufs verbessert werden, der es ermöglicht, dass eine Rotation einer Spindel in einer Richtung eine Rotation einer zugehörigen Spindelmutter und darüber auch eine Translationsbewegung einer Schaltkulisse zum Wählen eines Ganges erzeugt, während eine Rotation der Spindel in die andere Richtung in einer Axialverlagerung der Spindelmutter und damit in eine Schaltung resultiert. Die vorliegende Erfindung beschriebt die Ausführung des Freilaufs als Klemmrollenfreilauf oder als Klemmkörperfreilauf, womit eine geringe Geräuschentwicklung und eine Verschleißadaption, insbesondere mit Hilfe einer Software, ermöglicht werden. Die Erfindung betrifft ferner auch einen Aufbau eines Freilaufgehäuses als "8", wodurch sich der Freilauf in Sperrrichtung an einem Aktorgehäuse abstützt. Die Erfindung betrifft ferner auch den Aufbau des Getriebeaktors, wie er genauer auch in der
DE 10 2014 205 659.4 beschrieben ist. Insbesondere die dort offenbarte Sensorwelle kann als eine mit dem erfindungsgemäßen Freilauf sperrbare Welle vorgesehen sein. Wenn das Freilaufgehäuse ein Blechteil ist, das auch als Freilaufblech bezeichnet wird, kann dieses mit einer beispielsweise tiefgezogenen Borde oder, allgemeiner formuliert, mit einer Rippe ausrüstbar sein. Zum Zwecke einer positionsgenauern Montage der Sensorwelle kann eine Markierung auf einem Zahnrad vorgesehen sein, und/oder kann das System einen Montagestift umfassen, welcher zur Blockierung des Getriebes zur Montage in eine als Langloch ausgeführte Aussparung eingeführt wird. Das Freilaufgehäuse / Freilaufblech kann weitere konstruktive Aufgaben erfüllen, so kann es beispielsweise als ein Anschlag für ein Wälzlager, wie ein Spindellager, fungieren. Das Freilaufgehäuse kann insbesondere einteilig ausgeführt sein.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsformen beschrieben. Es zeigen:
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1 einen erfindungsgemäßen Getriebeaktor gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung in einer perspektivischen, teilweise geschnittenen Darstellung,
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2A eine schematische Darstellung des Getriebeaktors gemäß der ersten Ausführungsform in einer Frontalansicht,
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2B eine schematische Darstellung des Getriebeaktors gemäß der ersten Ausführungsform in einer Seitenansicht,
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3A eine schematische Darstellung eines Klinkenfreilaufs gemäß einem Stand der Technik,
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3B eine schematische Darstellung eines Klemmrollenfreilaufs mit ortsfesten Klemmrollen,
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3C eine schematische Darstellung eines Klemmkörperfreilaufs mit ortsfesten Klemmkörpern,
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3D eine schematische Darstellung eines Klemmrollenfreilaufs mit umlaufenden Klemmrollen,
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4A eine Schaltkulisse des Getriebeaktors gemäß der ersten Ausführungsform in perspektivischer Darstellung,
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4B die Schaltkulisse des Getriebeaktors gemäß der ersten Ausführungsform in mit einem Anschlagblech perspektivischer Darstellung,
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5A eine Frontalansicht des Getriebeaktors gemäß der ersten Ausführungsform in Schnittdarstellung in einer eine Spindelwelle und eine Schaltwelle schneidenden Ebene,
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5B eine aus der 5A ausgeschnittene und vergrößerte Darstellung einer Situation wenn das Anschlagblech nicht an der Schaltkulisse anliegt,
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5C eine 5B entsprechende Darstellung einer Situation wenn das Anschlagblech an der Schaltkulisse anliegt,
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6A ein Freilaufgehäuse und einen Teil eines Aktorgehäuses gemäß der ersten Ausführungsform in einer Draufsicht,
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6B eine vergrößerte Ansicht eines in 6A mit VI-B bezeichneten Bereichs,
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6C eine vergrößerte Ansicht eines in 6A mit VI-B bezeichneten Bereichs,
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7 eine Variante eines Freilaufgehäuses und einen Teil eines Aktorgehäuses gemäß der ersten Ausführungsform in einer Draufsicht vergleichbar der 6A,
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8 eine Variante eines Freilaufgehäuses und einen Teil eines Aktorgehäuses gemäß der ersten Ausführungsform in einer Draufsicht vergleichbar der 6A,
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9 eine Variante eines Freilaufgehäuses und einen Teil eines Aktorgehäuses gemäß der ersten Ausführungsform in einer perspektivischen Darstellung,
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10 eine Variante eines Freilaufgehäuses und einen Teil eines Aktorgehäuses gemäß der ersten Ausführungsform in einer perspektivischen Darstellung vergleichbar der 9,
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11 eine vergleichende Darstellung zweier Varianten des Freilaufgehäuses gemäß der ersten Ausführungsform,
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12 ein Freilaufgehäuse mit einem Klemmkörperfreilauf gemäß einer fünften Modifikation der ersten Ausführungsform,
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13 ein Freilaufgehäuse mit einem Klemmrollenfreilauf mit umlaufenden Klemmrollen gemäß einer sechsten Modifikation der ersten Ausführungsform,
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14 eine ausgeschnittenen Querschnitt des Getriebeaktors gemäß der ersten Ausführungsform in einer zu der 5A vergleichbaren Ebene,
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15 einen vergrößerten Ausschnitt der 14A,
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16 einen ausgeschnittenen Querschnitt des Getriebeaktors gemäß der ersten Ausführungsform in einer zu der 5A vergleichbaren Ebene,
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17 eine perspektivische Darstellung eines Montageschritts des Getriebeaktors gemäß der ersten Ausführungsform,
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18A eine perspektivische Darstellung eines Freilaufgehäuses gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,
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18B einen ausgeschnittenen Querschnitt des Getriebeaktors gemäß der zweiten Ausführungsform in einer zu der 5A vergleichbaren Ebene,
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19 eine perspektivische Darstellung eines Freilaufgehäuses gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung,
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20 eine geschnittene Darstellung vergleichbar der 16 eines Getriebeaktors gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung,
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21 eine perspektivische, teilweise geschnittene Darstellung der in 20 dargestellten Elemente, und
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22 eine perspektivische Darstellung einer Montagehülse des Getriebeaktors gemäß der fünften Ausführungsform der Erfindung.
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Die Figuren sind lediglich schematische Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Gleiche oder vergleichbare Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen und werden nicht erneut beschrieben.
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Eine erste Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der 1 bis 17 beschrieben.
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Die 1 zeigt einen Getriebeaktor 1 bzw. einen Einmotor-Getriebeaktor gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Der Getriebeaktor 1 hat eine Motorvorrichtung 2, eine Logikvorrichtung 3, eine Untersetzungsvorrichtung 4, eine Spindelgetriebevorrichtung 5, Schaltbetätigungsvorrichtung 6, eine Wählbetätigungsvorrichtung 7, eine Schaltwellenvorrichtung 8, eine Sensorvorrichtung 9 und ein Aktorgehäuse 10. Dabei bilden die Motorvorrichtung 2, die Logikvorrichtung 3 und die Sensorvorrichtung 9 vorzugsweise eine separat prüfbare Antriebseinheit 118. Der Getriebeaktor 1 hat die folgenden Achsen 11, nämlich eine Motorachse A, eine Spindelachse B bzw. Schaltachse, eine Zwischenwellenachse C, eine erste Schaltbetätigungsachse D, eine zweite Schaltbetätigungsachse E und eine Schaltwellenachse F. Dabei definiert jede dieser Achsen 11 eine Radialrichtung und eine Umfangsrichtung.
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Die grundsätzliche Funktion und der grundsätzliche Aufbau des Getriebeaktors
1 ist übrigens in den eingangs genannten Dokumenten mit den Anmeldenummern
PCT/EP 2014/057 410 und
DE 10 2014 205 659.4 bekannt und wird im Folgenden nur kurz beschrieben.
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Die Motorvorrichtung 2 hat einen Elektromotor 12 bzw. Motor mit einer Motorwelle 13. Die Untersetzungsvorrichtung 4 hat ein Untersetzungsgetriebe 14 mit einem Motorritzel 15 und einem Untersetzungshohlrad 16. Die Motorwelle 13 und das Motorritzel 15 liegen auf der Motorachse A und das Untersetzungshohlrad 16 liegt auf der Spindelachse B. Das Motorritzel 15 kann einstückig mit der Motorwelle 13 ausgebildet sein, oder kann damit drehfest verbunden sein. Das Untersetzungsgetriebe 14 hat vorzugsweise ein Übersetzungsverhältnis größer als 1, d.h. eine Untersetzung ins Langsame. In diesem Zusammenhang bedeutet „auf einer Achse liegen“, näherungsweise konzentrisch mit der Achse angeordnet zu sein.
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Die 2A und 2B zeigen den Getriebeaktor 1 in schematischer Ansicht, wobei die 2B einer Ansicht der 2A von rechts entspricht.
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Zunächst wird ein Schaltmodus bzw. eine Schaltbetätigung durch den Getriebeaktor 1 erläutert.
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Die Spindelgetriebevorrichtung 5 hat eine Spindelwelle 17, welche auf der Spindelachse B liegt. Die Spindelwelle 17 ist zumindest teilweise als Spindel 18 ausgebildet. Eine Mutter 19 ist als Spindelmutter ausgebildet. Die Spindel 18 und die Mutter 19 bilden einen Spindeltrieb 117 und sind gegengleich ausgebildet. Radial außen an der Mutter 19 ist eine Zahnstange 20 mit einem Zahnstangenprofil 21 gebildet. Das Zahnstangenprofil 21 erstreckt sich in Umfangsrichtung teilweise um die Spindelachse B. Wenn die Spindelwelle 17 rotiert, kann das die Folge haben, dass die Mutter 19 wegen einer Spindelreibung mitrotiert, oder es kann die Folge haben, dass die Mutter 19 entlang der Spindelachse B in einen von zwei axialen Stellungsbereichen 22 verlagert bzw. transversal bewegt wird. Diese sind ein schaltender Stellungsbereich 23 und ein wählender Stellungsbereich 24. Neben der Spindelwelle 17 sind zwei Schaltzahnräder 25 angeordnet, nämlich ein erstes Schaltzahnrad 26, das auf der ersten Schaltbetätigungsachse D liegt, und ein zweites Schaltzahnrad 27, das auf der zweiten Schaltbetätigungsachse E liegt. Die Schaltzahnräder 25 kämmen mit einem Wellenzahnrad 28, das drehfest mit einer Schaltwelle 29 verbunden ist, wobei beide auf der Schaltwellenachse F liegen. Die Schaltwellenachse F schneidet die Spindelachse B, und die Schaltbetätigungsachsen D und E sind parallel zu der Schaltwellenachse F und schneiden die Spindelachse B nicht. Das Zahnstangenprofil 21 ist so ausgestaltet, dass es mit den Schaltzahnrädern 25 kämmen kann. Dabei wird die Mutter 19 so bewegt, dass die Zahnstange 20 nur mit einem der Schaltzahnräder 25 kämmt. Wenn die Mutter 19 in den schaltenden Stellungsbereich 23 hinein verlagert wird, rotiert sie das jeweilige Schaltzahnrad 25 in einer einschaltenden Drehrichtung, so dass das jeweilige Schaltzahnrad 25 das Wellenzahnrad 28, die Schaltwelle 29 und einen an der Schaltwelle 29 nockenartig festgelegten Schaltfinger 30 einschaltend rotiert. Die führt beispielsweise dazu, dass eine nicht dargestellte Schaltmuffe in einen Eingriff mit einer nicht dargestellten Schaltverzahnung gelangt. Man sagt auch, ein Gang werde eingelegt. In dem schaltenden Stellungsbereich 23 ist die Mutter 19 in Umfangsrichtung um die Spindelachse B durch eine Mutterschaltkulisse 31 bzw. Rastiereinrichtung festgelegt. Die Mutterschaltkulisse 31 ist eine Mutterkulisse 45 und ist an dem Aktorgehäuse 10 festgelegt. Wenn die Spindel 18 dann in die andere Richtung rotiert wird, wird die Mutter 19 entlang der Spindelachse B aus dem schaltenden Stellungsbereich 23 heraus verlagert, so dass das jeweilige Schaltzahnrad 25, das Wellenzahnrad 28, die Schaltwelle 29 und der Schaltfinger 30 ausschaltend rotiert werden. Man sagt auch, ein Gang werde ausgelegt und/oder ein Schaltpfad werde bedient.
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Als nächstes wird ein Wählmodus bzw. eine Wählbetätigung durch den Getriebeaktor 1 erläutert.
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Wenn die Mutter 19 in den wählenden Stellungsbereich 24 verlagert wird, kommt die Mutter 19 in Umfangsrichtung um die Spindelachse B mit einer Mutterwählkulisse 32 in Eingriff. Die Mutterwählkulisse 32 ist eine Mutterkulisse 45 und ist an einem Umlenkrad 33 bzw. Übertragungsglied festgelegt. Das Umlenkrad 33 liegt auf der Spindelachse B und ist um die Spindelachse B rotierbar angeordnet. Das Umlenkrad 33 ist ein Zahnrad mit einer nicht dargestellten Außenverzahnung und kämmt mit einer nicht dargestellten Außenverzahnung einer ersten Verzahnungsstufe 34, die auf der Zwischenwellenachse C liegt. Die erste Verzahnungsstufe 34 ist drehfest mit einer zweiten Verzahnungsstufe 35 verbunden. Beispielsweise sind die erste Verzahnungsstufe 34 und die zweite Verzahnungsstufe 35 als ein Sinterbauteil 43 bzw. Zwischenrad oder Zweiverzahnungsstufenteil ausgebildet. Die zweite Verzahnungsstufe 35 kämmt mit einem Kronenrad 36, das auf der Schaltwellenachse F liegt. Das Kronenrad 36 ist mit einem Wähltopf 37 drehfest verbunden, der eine periodisch umlaufende Bahnkurve 38 bzw. Wählband oder Kurvengetriebe hat. Die Bahnkurve 38 ist beispielsweise Zickzack-artig oder Sinus-artig gebildet. Radial außerhalb der Bahnkurve 38 ist eine Kulissenbahn 39 vorgesehen. Ferner ist an der Schaltwelle 29 ein Führungsstiftdrehlager 40 vorgesehen, mittels welchem zumindest ein Führungsstift 41 um die Schaltwelle 29 herum drehbar aber entlang der Schaltwellenachse F axialfest mit der Schaltwelle 29 verbunden ist. Der Führungsstift 41 greift durch die Bahnkurve 38 hindurch in die Kulissenbahn 39 ein, und wird in der Kulissenbahn 39 in Umfangsrichtung der Schaltwellenachse F drehfest aber entlang der Schaltwellenachse F axial verlagerbar geführt. Wenn die Spindel 18 rotiert und die Mutter 19 sich in dem wählenden Stellungsbereich 24 befindet, ist die Mutter 19 formschlüssig mit der Mutterwählkulisse 32 in Eingriff und kann das Umlenkrad 33, die erste Verzahnungsstufe 34, die zweite Verzahnungsstufe 35, das Kronenrad 36, den Wähltopf 37 und die Bahnkurve 38 in einer wählenden Richtung rotieren. Der Führungsstift 41 wird durch die wählende Rotation der sich periodisch wiederholenden Bahnkurve 38 entlang der Kulissenbahn 39 auf und ab bewegt, und bewegt über das Führungsstiftdrehlager 40 die Schaltwelle 29 und den Schaltfinger 30 in einer wählenden Bewegung entlang der Schaltwellenlängsachse F auf und ab. Man sagt auch, ein Wählpfad werde bedient
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Als nächstes wird ein Wechseln von der Schaltbetätigung in die Wählbetätigung und zurück in die Schaltbetätigung erläutert.
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Die ausschaltende Rotationsrichtung der Spindel 18 um die Spindelwellenachse B herum ist gleichzeitig die Wählende Rotationsrichtung der Spindel 18 um die Spindelachse B herum. Zwischen der Mutter 19 und der Spindel 18 liegt eine so hohe Reibung vor, dass die Mutter 19 bei einer Rotation der Spindel 18 um die Spindelachse B herum mit der Spindel 18 mit rotiert, es sei denn, dass die Rotation der Mutter 19 durch eine Mutterkulisse 45 verhindert ist, so dass die Mutter 19 entlang der Spindelachse B verlagert wird. Daher kann der Elektromotor 12 mit einer andauernden Rotationsbewegung den Schaltfinger 30 erst ausschaltend und dann wählend bewegen. Wenn der Schaltfinger 30 in einer Schaltkulisse 42 bzw. Schaltwalze an der gewünschten Wählposition angelangt ist, wird der Elektromotor 12 angehalten und in die andere Richtung rotiert. Zwischen einer Zwischenwelle 44, die durch das Sinterbauteil 43 mit der erste Verzahnungsstufe 34 und der zweiten Verzahnungsstufe 35 gebildet ist, und dem Aktorgehäuse 10 ist ein Freilauf 46 angeordnet. Der Freilauf 46 ist so ausgebildet, dass er eine Rotation der Zwischenwelle 44 in der wählenden Richtung zulässt, und eine Rotation der Zwischenwelle 44 entgegen der wählenden Richtung sperrt bzw. blockiert. Wenn daher die Spindel 19 in der einschaltenden Richtung, d.h. in der nicht-wählenden Richtung rotiert wird, wird eine Rotation des Umlenkrades 33 durch den Freilauf 46 gesperrt, und die Rotation der Spindel 19 erzwingt zusammen mit der Mutterwählkulisse 32 eine einschaltend verlagernde Bewegung der Mutter 19. Dabei sind die Elemente des Getriebeaktors 1 so ausgelegt, dies betrifft insbesondere alle Übersetzungen und Verhältnisse, dass dann, wenn der Schaltfinger 30 in der Schaltkulisse 42 an der gewünschten Wählposition angelangt ist, gleichzeitig die Zahnstange 20 eine solche Winkelstellung um die Spindelachse B herum hat, dass die Zahnstange 20 auch mit dem gewünschten Schaltzahnrad 25 in Eingriff gelangt bzw. gelangen wird. Dabei ist zu beachten, dass mit der Zwischenwelle 44 eine Sensorwelle 82 drehfest verbunden ist. Die Sensorwelle 47 liegt auf der Zwischenwellenachse C. Die Sensorwelle 82 ist ein Element der Sensorvorrichtung 9 und erstreckt sich bis zu einem Sensor 92 bzw. Wählwegsensor, der ein Element der Sensorvorrichtung 9 ist, und der mit der Logikvorrichtung 9 verbunden ist. Mittels Informationen des Sensors 92 steuert bzw. regelt die Logikvorrichtung 9 die Rotation des Elektromotors 12.
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Also ist der Getriebeaktor 1 ein Getriebeaktor 1 zum wählenden und schaltenden Betätigen einer Schaltwelle 29 eines Schaltgetriebes mit zumindest zwei Gängen, mit genau einem Motor 12 zum Antreiben des Getriebeaktors 1, mit einer Spindelwelle 17 und einer Zwischenwelle 44, entlang deren Spindelachse B eine Spindelmutter 19 zwischen wenigstens zwei axialen Stellungsbereichen 22 verlagerbar ist, wobei die Spindelmutter 19 in den ersten Stellungsbereich 23 zur schaltenden Betätigung und in den zweiten Stellungsbereich 24 über die Zwischenwelle 44 zur wählenden Betätigung mit der Schaltwelle 29 wirkverbindbar ist, ferner mit einem Freilauf 46, welcher so angeordnet ist, dass eine Rotation der Zwischenwelle 44 in einer Sperrrichtung im Wesentlichen gesperrt wird.
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Im Folgenden wird auf die erfindungsgemäßen Gestaltungen des Freilaufs 46 eingegangen.
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Dabei zeigt die 3A einen Klinkenfreilauf 47 gemäß des Standes der Technik als einen möglichen Freilauf 46. Der Klinkenfreilauf 47 hat einen Freilaufwellenkörper 48, der mit der Zwischenwelle 44 drehfest verbindbar ist. An dem Freilaufwellenkörper 48 sind asymmetrische Klinkenzähne 49 bzw. Rampen geformt. Das Aktorgehäuse 10 lagert eine Klinke 50, welche mittels einer Klinkenfeder 51, die eine Freilaufvorspannungsfeder 52 ist, an dem Aktorgehäuse 10 abgestützt gegen den Freilaufwellenkörper 48 vorgespannt wird. Wird der Freilaufwellenkörper 48 in die Sperrrichtung gedreht, rastet bzw. rastiert die Klinke 50 an eine Klinkenzahnflanke 53 bzw. Sperrseite. Daher gibt es nur eine endliche Zahl an vorab genau festgelegten Sperrpositionen, welche durch eine Teilung 54 der Klinkenzähne 49 festgelegt wird.
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Die Schaltkulisse 42, siehe dazu auch 4A bis 4B, dient unter anderem als eine Sicherheitseinrichtung. Dabei spiegelt eine Kulissenschienen 55 das H-Schaltbild 56 eines konventionellen Handschaltgetriebes wieder. Eine Neutralgasse 57 wird durch eine Nut 58 in axialer Richtung der Schaltwellenachse F dargestellt, und die einzelnen Gänge werden durch einzelne Quernuten 59 bzw. Gasse dargestellt. Bei einer Fehlstellung der Elemente des Getriebeaktors 1 steht ein Wählfinger 60 eines Anschlagblechs 61 vor einem Steg 64 zwischen zwei Quernuten 59. Ein Drehmoment der Schaltbetätigung wird somit über eine Welle-Nabe-Verbindung 62, wie eine Keilwellenverzahnung 63, von der Schaltwelle 29 auf die Kulissenschiene 55 und von dort aus auf das Anschlagblech 61 übertragen, das ortsfest und drehfest mit dem Aktorgehäuse 10 verbunden ist. Die Logikvorrichtung 3 erkennt diesen internen Block und bricht den Schaltvorgang ab. Da der Klinkenfreilauf 47 immer an vorab genau festgelegten Sperrpositionen stoppt, liegt bei jeder Schaltbetätigung eine definierte Wählposition vor, die von einem Verschleiß des Freilaufs 46 sowie von einem Verschleiß der sonstigen Elemente, wie de Verzahnungen oder dergleichen, abhängig ist. Eine Software der Logikvorrichtung hat daher keine Möglichkeit, diese Wählposition zu beeinflussen, weshalb es nicht möglich ist, den Verschleiß zu adaptieren bzw. steuernd oder regelnd auszugleichen. Im ungünstigsten Fall kann die gewünschte Quernute 59 deshalb nicht exakt getroffen werden, womit die Schaltbetätigung erschwert ist oder sogar gänzlich misslingt.
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Die 3B zeigt einen erfindungsgemäßen Klemmrollenfreilauf 65, der ein Freilauf 46 ist. Der Klemmrollenfreilauf 65 hat zumindest ein Klemmmittel 66, welches eine Klemmrolle 67 ist. Die Klemmrolle 67 ist in einer Kavität 68 aufgenommen. Die Kavität 68 ist dazu in einer Freilaufschale 69 ausgebildet und angeordnet. Die Freilaufschale 69 kann ein separates Bauteil, eine Kontur des Aktorgehäuses 10 oder eine Kontur eines Freilaufgehäuses 70, wie eines Freilaufbleches 71, sein. Bevorzugt wird die jeweilige Klemmrolle 67 mittels der Freilaufvorspannungsfeder 52 gegen den Freilaufwellenkörper 48 gedrückt oder vorgespannt. Bevorzugt ist eine Vielzahl an Klemmmitteln 66 und eine entsprechende Anzahl zugeordneter Kavitäten 69 vorgesehen. Die Federkraft definiert dabei die Reibung zwischen dem Freilaufwellenkörper 48 und den Klemmmitteln 66, und somit das entstehende Schleppmoment in Freilaufrichtung. In Sperrrichtung werden die Klemmmitteln 66 gegen eine Klemmfläche 78 der jeweiligen Kavität 68 gedrückt und verursachen eine Normalkraft auf dem Freilaufwellenkörper 48. Es entsteht eine hohe Reibkraft, wodurch der Freilaufwellenkörper 48 in seiner Drehbewegung gehindert wird.
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Der Klemmrollenfreilauf 65 ist in der Lage, an jeder Winkelposition zu sperren, weil die „Rampen“, d.h. die Klemmmittel 66 oder Klemmrollen 67 kraftschlüssig mit der radialen Außenoberfläche bzw. der Lauffläche 88 des Freilaufwellenkörpers 48 zusammenwirken, und zudem in den jeweiligen Kavitäten 68 ortsfest aufgenommen sind. Dies erlaubt der Software, eine Anpassung der Wählposition in Abhängigkeit des internen Verschleißes vorzunehmen. Der Fachmann spricht hier von einer Verschleißadaption. Dazu wird die Kulisse 42 beim Auslegen eines Ganges mit Hilfe der Rastiereinrichtung 31 angetastet. Die Rastiereinrichtung 31 hemmt die ausschaltende Bewegung der Zahnstange 21, wodurch diese in Rotation versetzt wird und eine Wählbetätigung beginnt bzw. ausführt. Die Kulisse 42 bewegt sich demnach in Wählrichtung entlang der Schaltwellenachse F, bis sie in Kontakt mit dem Wählfinger 60 des Anschlagblechs 61 gerät. Zu diesem Zeitpunkt kann die Software einen Abgleich zwischen einer Sollposition und einer Istposition einer Kulissenwand 72 durchführen und den internen Verschleiß ermittelt. Bei einer dann darauf folgenden Schaltbetätigung wird die Winkelposition des Freilaufs 46 entsprechend diesen Verschleißes angepasst.
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Die 3C zeigt einen Klemmkörperfreilauf 73 mit Klemmkörpern 74, zumindest aber einem Klemmkörper 74. Jeder Klemmkörper 74 ist ein Klemmmittel 66 und hat einen Klemmkörpergrundkörper 75 sowie zwei Klemmkörpernocken 76, wobei die Klemmkörpernocken 76 jeweils zumindest eine abgerundete Kante 77 haben, welche eine Rotation des Freilaufwellenkörpers 48 erlauben. Die Klemmkörpernocken 76 übernehmen die Funktion der Klemmflächen 78. Im Übrigen gelten die Vorteile des Klemmrollenfreilaufs 65.
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Die 3D zeigt einen Klemmrollenfreilauf 65 mit mitdrehenden bzw. umlaufenden Klemmrollen 67. Dabei sind die Klemmrollen 67 und die optionalen, bevorzugten Freilaufvorspannungsfeder 52 in den Kavitäten 68 aufgenommen, welche in dem Freilaufwellenkörpers 48 ausgebildet sind. Die Klemmmittel 66 oder Klemmrollen 67 wirken kraftschlüssig mit der radialen Innenoberfläche des Aktorgehäuses 10, der Freilaufschale 69, des Freilaufgehäuses 70, oder des Freilaufbleches 71 zusammen. Im Übrigen gelten die Vorteile des Klemmrollenfreilaufs 65.
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Im Vergleich der Klemmrollenfreilaufe 65 oder des Klemmkörperfreilaufs 73 mit dem Klinkenfreilauf 47 wird zusätzlich ein weiterer Vorteil offenbar. Bei einer Rotation des Klinkenfreilaufs 47 in Freilaufrichtung wird die angefederte Klinke 50 elastisch von den Klinkenzähnen 49 weggedrückt, bis die Klinkenzähne 49 überwunden sind. Das Zurückfedern der Klinke 50 auf den folgenden Klinkenzahn 49 führt zu Geräuschen in Form eines Klickens, dessen Frequenz abhängig von der Drehzahl ist. Die Klemmrollenfreilaufe 65 oder der Klemmkörperfreilauf 73 verwenden demgegenüber die Klemmrollen 67 oder die Klemmkörper 74, welche beispielsweise gegen den Freilaufwellenkörper 48 angefedert werden.
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Im Folgenden wird eine Gestaltung des Freilaufgehäuses 70 erläutert. Ein sperrender Freilauf 46 ist einem Drehmoment ausgesetzt, dem so genannten Sperrmoment, welches von dem Freilauf 46 auf das ihn lagernde Gehäuse, wie das Aktorgehäuse 10 und/oder das Freilaufgehäuse 70 übertragen werden muss. Bei konventionellen Hülsenfreiläufen wird das Sperrmoment über einen Kraftschluss zwischen dem Freilauf 46 und dem Gehäuse 10, 70 übertragen. Dazu kann beispielsweise ein Pressverband zwischen dem Freilauf 46 und dem Gehäuse 10, 70 verwendet werden. Um Bauraum einzusparen und um Gehäusematerial einzusparen, kann bei dem erfindungsgemäßen Getriebeaktor 1 auch auf eine spezielle Art des Freilaufgehäuses 70 zurück gegriffen werden. Beispielsweise kann das Freilaufblech 71 wie eine „8“ geformt sein. Das in 6A untere Rund 79 der Zahl „8“ kann dabei als Zentrierdurchmesser verwendet werden, also zum Festlegen der Position des Freilaufgehäuses 70 in dem Aktorgehäuse 10. Dies hat den Vorteil, dass ein Achsversatz zwischen den Klemmmitteln 66 und der jeweiligen Welle, beispielsweise der Zwischenwelle 44 minimiert wird, also eine besonders gute Positionierung erreicht wird. Ausgehend von dem unteren Rund 79 der Zahl „8“ weist das obere Rund 79 der Zahl „8“ zwei Radien 80 auf, welche von dem oberen Rund 70 radial abstehen. Diese Radien 80 liegen jeweils an das Aktorgehäuse 10 an, um das Sperrmoment des Freilaufs 46 formschlüssig abzustützen. Vergleiche hierzu auch 6B.
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Die 6A zeigt in Verbindung mit 6C bis 11 ein weiteres optionales Gestaltungsmerkmal des Freilaufgehäuses 70, nämlich jeweilige Durchlassöffnungen 81. Im Fahrzeugbetrieb wird beispielsweise ein Öl oder ein anderes Fluid von dem zu schaltenden Getriebe in den Getriebeaktor 1 gefördert. Dieses Fluid dient einem Schmieren der sich bewegenden Elemente des Getriebeaktors 1. Ferner kann das Fluid Wärme und/oder Verschleißpartikel abtransportieren und somit eine Dauerhaltbarkeit des Getriebeaktors verbessern. Über die Sensorwelle 82 und die Klemmmittel 66 kann das Fluid beispielsweise in einen Bereich zwischen der Logikvorrichtung 9 und dem Freilaufgehäuse 70 transportiert werden. Damit das Fluid nicht einen Sumpf bildet, der eine statische Dichtung (nicht dargestellt) belastet, sind in dem Freilaufgehäuse 70 Durchlassöffnungen 81 bzw. Durchlässe als abgeflachte Ausnehmungen bzw. Teilstücke ausgebildet, die einen Freiraum für das Fluid gewährleisten. Zusätzlich verhindern diese Durchlassöffnungen 81 einen Kontakt zwischen gegebenenfalls herstellungsbedingten Streifenanbindungen 83 am Freilaufgehäuse 70 und dem Aktorgehäuse 10. Bei den Darstellungen sind die 9 und 10 perspektivische Darstellungen der Draufsichten der 7 und 8.
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Ferner zeigen die 7, 9 und der linke Teil der 11 eine Variante ohne die Durchlassöffnungen 81 am unteren Rand, wohingegen die 8, 10 und der rechte Teil der 11 eine Variante mit den Durchlassöffnungen 81 am unteren Rand zeigen. Der abgeflachte Teilbereich des Zentrierdurchmessers, also die jeweilige Durchlassöffnung 81, verursacht einen Achsversatz 84 des Freilaufs 46 zu einer Lagerstelle (nicht dargestellt) der Sensorwelle 82. Aus diesem Grund kann die Freilaufgeometrie des Freilaufs 46 exzentrisch zu dem gedachten Zentrierdurchmesser angeordnet werden, um einen zulässigen Achsversatz 84 nicht zu überschreiten. Da sich der Achsversatz 84 durch beispielsweise Temperatureinflüsse und Fertigungstoleranzen weiter erhöhen kann, wird vorgeschlagen, den konstruktiven Vorhalt auf diese Extremfälle anzupassen.
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Die 12 und 13 zeigen das erfindungsgemäße Freilaufgehäuse 70 einmal mit einem Klemmkörperfreilauf 73 und einmal mit einem Klemmrollenfreilauf 65 mit umlaufenden Klemmrollen 67.
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Die 14 zeigt nochmals eine Variante des Getriebeaktors 1 gemäß der ersten Ausführungsform. Hier ist der Freilauf 46 nicht zwischen der Zwischenwelle 44 und dem Umlenkrad 33 angeordnet, sondern ist zwischen der Zwischenwelle 44 und einem Lagerzapfen 85 des Gehäuses 10 angeordnet. Dabei ist der Freilauf 46 vorliegend ein Hülsenfreilauf 86, welcher in das Sinterbauteil 43 der Sensorwelle 82 eingepresst werden kann. Der Freilauf 46 ist vorliegend mit zwei Wälzlagern 87 kombiniert. Eine Lauffläche 88 wird hierbei nicht aus dem Gehäuse 10 heraus gebildet, sondern es wird eine separate, als Hülse 89 ausgebildete Freilaufschale 69 auf einen Lagerzapfen 85 im Aktorgehäuse 10 aufgebracht. Um ein Lösen der Hülse 89 unter einer hohen Temperatur zu vermeiden, wird vorgeschlagen, die Hülse 89 mit dem Lagerzapfen 85 zu verstemmen.
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Eine weitere Variante des erfindungsgemäßen Freilaufgehäuses 70 wird nachfolgend anhand der 15 besprochen. Dabei ist das Freilaufgehäuse 70 als Freilaufblech 71 gebildet, genauer gesagt, das Freilaufblech 71 ist ein Blechbauteil aus einem Metall. Das Freilaufblech 71 kann sich durch seine konstruktive Ausführung an einem Bund 90 in dem Aktorgehäuse 1 abstützen und bietet einen axialen Anschlag für ein Spindellager 87 bzw. Wälzlager und das Umlenkrad 33. Diese Funktion könnte auch von einem zusätzliches Bauteil übernommen werden, aber durch Vorsehen des Freilaufblechs 71 als gezogenes Blechteil 91 kann demgegenüber die Anzahl der Bauteile verringert werden, wodurch die Kosten und der Montageaufwand sinken.
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Die Schaltgenauigkeit des Freilaufs 46 bestimmt maßgeblich die Genauigkeit der Wählposition. Wenn der Sperrwinkel und dessen Toleranz zu groß sind, trifft der Getriebeaktor die Schaltgasse bzw. die Quernut 59 nicht, und muss das Wählband bzw. die Bahnkurve 38 einmal komplett durchlaufen, was verhältnismäßig viel Zeit in Anspruch nimmt. Da der Freilauf 46 formschlüssig über das Freilaufblech 71 abgestützt wird, ist es bevorzugt, wenn dessen Aufbau sehr steif ist, so dass es möglich ist, den Sperrwinkel gering zu halten. Diese hohe Steifigkeit wird beim Freilaufblech 71 erreicht, indem das Blech eine beispielsweise tiefgezogene Borde, Rippe oder dergleichen erhält.
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Im Folgenden wird anhand der 16 und 17 auf eine bevorzugte Gestalt, ein bevorzugtes Herstellungsverfahren und ein bevorzugtes Montageverfahren der Zwischenwelle 44 eingegangen. Um einen Messfehler des Sensors 92 möglichst gering zu halten, werden die Zwischenwelle 44 und Sensorwelle 82 bevorzugt einstückig als sogenannte Freilaufwelle 93 verwendet. Dazu werden zuerst die erste Verzahnungsstufe 34 und die zweite Verzahnungsstufe 35 einstückig als das Sinterbauteil 43 hergestellt. In der Darstellung der 16 ist es so, dass die Verzahnungsstufen 34, 35 um einen Winkel versetzt sind und daher die Zähne der ersten Verzahnungsstufe 34 geschnitten werden, während die zweite Verzahnungsstufe 35 in einem Zahngrund geschnitten ist. Dann wird in einem zweiten Schritt die Sensorwelle 82 angeformt. Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn die Sensorwelle 82 mittels eines Druckgussverfahrens, eines Spritzgussverfahrens oder dergleichen ausgebildet wird. Die Sensorwelle 82 erhält dabei einen Sensorwellenkopf 94, einen Sensorwellenschaft 95, einen Sensorwellengrundabschnitt 96 und zwei Sensorwellenborde 97, welche zusammen mit dem Sensorwellengrundabschnitt 96 die Sensorwelle 82 fest mit dem Sinterbauteil 43 verbinden. Des Weiteren wird ein Axialsicherungsdeckel 98 angebracht. In einem nächsten Schritt wird der Freilauf 46 an das Freilaufblech 71 montiert, ehe die Freilaufwelle 93 mit der an dem Freilaufwellenkörper 48 ausgebildeten Lauffläche 88 in den Freilauf 46 eingefädelt bzw. eingepasst wird. Der Freilaufwellenkörper 48 ist dabei das Sinterbauteil 43.
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Die Freilaufwelle 93 überträgt zusammen mit dem Sinterbauteil 43 die wählende Betätigung von der Spindelwelle 17 auf die Schaltwelle 7. Bei der Montage müssen die Verzahnungsstufen 34, 35 exakt zueinander positioniert werden, wodurch sich funktionsrelevante Drehwinkelanordnungen der Verzahnungsstufe 34 und des Umlenkrades 33 sowie weiterer Teile ergeben. Da die Sensorwelle 82 während des Einführens in den Freilauf 46 um ihre eigene Achse in Freilaufrichtung gedreht werden sollte, wird es bevorzugt, dass diese Zuordnung jedoch erst dann erfolgt, wenn die Sensorwelle 82 an den Freilauf 46 montiert ist. Sitzt die Sensorwelle 82 auf dem Freilaufblech 71 auf, wird sie so lange gedreht, bis eine Markierung 106 auf dem Axialsicherungsdeckel 98 oder auf der zweiten Verzahnungsstufe 35 eine definierte Winkelstellung ausweist. In dem Freilaufblech 71 ist bevorzugt ein nierenförmiges Langloch 99 ausgespart, welches eine Aufnahme für ein Montagemittel ist, genauer gesagt, welches eine Stiftaufnahme 100 für einen Montagestift 101 ist, der das Montagemittel ist. Das Langloch 99 erstreckt sich in Umfangsrichtung um einen Mittelpunkt des (montierten) Sinterbauteils 43 herum um einen Winkel 102, welcher bevorzugt einem Winkel 103 einer Teilung 104 der ersten Verzahnungsstufe 34 zuzüglich einem Durchmesser des Montagestifts 101 entspricht. Der Montagestift 101 kann in beide Richtungen in das Langloch 99 eingeführt oder daraus herausgeholt werden. Der Montagestift 101 wird dann in das Langloch 99 eingefügt, und zwar so, dass der Montagestift 101 zwischen zwei Zähnen 105 der ersten Verzahnungsstufe 34 sitzt. Die erste Verzahnungsstufe 34 wird also mit dem Montagestift 101 blockiert, der durch das Freilaufblech 71 gesteckt wird. Um die Montage zu vereinfachen, sind vorzugsweise zwei Langlöcher mit vorzugsweise 120° Versatz im Freilaufblech 71 vorhanden. Der Montagestift 101 blockiert die erste Verzahnungsstufe 34 zumindest bis die Verzahnungsstufe 34, 35 lagerichtig montiert wurden. Wenn die erste Verzahnungsstufe 34 richtig positioniert und mit dem Montagestift 101 gesichert ist, wird in einem vorletzten Schritt das Umlenkrad 33 ebenfalls an dem Freilaufblech 71 montiert, so dass eine Relativposition der ersten Verzahnungsstufe 34 und des Umlenkrades 33 gewährleistet ist. Zu den Vorteilen des voranstehenden Verfahrens zählt, dass ein Zahnflankenspiel der Verzahnungsstufen 34, 35 zwischen der Sensorwelle 82 und der Spindelachse B nicht in eine Toleranzkette einer Wählpositionsmessung bzw. -regelung mit einfließt, und dass die Beölung der Klemmmittel 66 bzw. Freilaufrollen an dieser Stelle am sehr gut gewährleistet ist. Außerdem füllt der Freilauf 46 den vorgesehenen Bauraum in dieser Position sehr gut aus.
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Bei dem erfindungsgemäßen Getriebeaktor 1 wird als der Sensor 92 ein Absolutwegsensor 107 verwendet, welcher den Drehwinkel der Sensorwelle 82 erfasst und damit die aktuelle Wählposition des Schaltfingers 30 berechnet. Diese Position sagt aus, vor welcher Quernut 59 bzw. Gasse sich der Schaltfinger 30 befindet, und sagt damit aus, welcher Gang bei einem schaltenden Betätigen bzw. einem Schaltvorgang eingelegt wird. Die Genauigkeit der Wählpositionsmessung bzw. Wählwegmessung bestimmt somit maßgeblich, ob eine Quernut 59 getroffen wird.
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Eine zweite Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der 18A und 18B beschrieben. Bei der zweiten Ausführungsform ist der Freilauf 46 koaxial zu der Spindelachse B, d.h. im sogenannten Schaltpfad, vorgesehen, wobei vorzugsweise das Umlenkrad 33 als Lauffläche 88 verwendet wird. Das Freilaufgehäuse 70 ist zweigeteilt und hat eine Lagerhülse 108 und ein Führungsgehäuse 109 mit einem Lagerschild 110 und einem Wälzlagergehäuse 111. Das Sperrmoment des Freilaufs 46 wird bei dieser Ausführungsform von der Lagerhülse 108 über zumindest eine Stützlasche 112 an das Wälzlagergehäuse 111 übertragen. Es ist besonders bevorzugt, wenn das Umlenkrad 33 einteilig ausgeführt wird, jedoch ist auch eine mehrteilige Form denkbar, um die Funktionen der Verzahnung zu der ersten Verzahnungsstufe 34, der Mutterwählkulisse 32 und der Lauffläche 88 mit möglichst geringem Aufwand und bei möglichst geringen Kosten zu fertigen. Im Übrigen gilt das zu den anderen Ausführungsformen Beschriebene.
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Eine dritte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der 19 beschrieben. Bei der dritten Ausführungsform ist das Freilaufgehäuse 70 zumindest zweiteilig gefertigt, und zwar weist dieses die Freilaufschale 69 bzw. Freilaufhülse und einen „8“-förmigen Freilaufgehäusegrundkörper 113 auf. Die Freilaufschale 69 wird in einer in einem Rund 79 gebildeten Freilaufschaleaufnahme 114 aufgenommen, und vorzugsweise eingepresst. Die Freilaufschale umfasst im Wesentlichen die Kavitäten 68 mit den Klemmflächen 78, man kann auch sagen, die Freilaufhülse werde auf eine Rampengeometrie reduziert. Die Freilaufschale 69 hat Löcher 115, in welche Zapfen 116 zum Abstützen des Sperrmoments formschlüssig eingreifen. Beispielsweise können die Freilaufschale 69 und der Freilaufgehäusegrundkörper 113 getrennt gefertigt und zusammen montiert werden. Beispielsweise kann der Freilaufgehäusegrundkörper 113 aus Kunststoff sein. Beispielsweise kann der Freilaufgehäusegrundkörper 113 an die Freilaufschale 69 angeformt werden. Der beschriebene Aufbau des Freilaufs 46 ist einfach somit können die Herstellungskosten und die Materialkosten verringert werden. Im Übrigen gilt das zu den anderen Ausführungsformen Beschriebene.
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Gemäß einer vierten, nicht figürlich dargestellten Ausführungsform der Erfindung wird der Freilauf 46 am schaltkulissenseitigen Ende des Aktorgehäuses 10 angeordnet. Als Lauffläche 88 dient dann die Bahnkurve 38 bzw. das Kurvengetriebe. Im Übrigen gilt das zu den anderen Ausführungsformen Beschriebene.
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Eine fünfte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der 20 bis 22 erklärt. Bei dieser fünften Ausführungsform wird die Freilaufwelle 93 während der Montage nicht mittels der Stiftaufnahme 100 und des Montagestifts 101 als Montagemittel, sondern mittels einer Montagehülse 119 als Montagemittel kurzzeitig gehalten. Die Montagehülse selber ist in der 22 freigestellt dargestellt und weist axial endseitig einen Zylinderkörper 120, axial mittig Zylindersektoren 121, welche durch Zylindersektorausnehmungen 122 voneinander beabstandet sind, sowie axial endseitig Montageeingriffsabschnitte 123 auf. Die Montageeingriffsabschnitte 123 sind in axialer Richtung gegenüber einer Zylinderstirnfläche 124 erhaben. Es ist pro Zylindersektor 121 vorzugsweise jeweils ein Montageeingriffsabschnitt 123 vorgesehen, welcher sich bevorzugt in Umfangsrichtung mittig an dem jeweiligen Zylindersektor 121 befindet.
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Es ist festzuhalten, dass zumindest zwei Zylindersektoren 121 und zumindest ein Montageeingriffsabschnitt 123 vorhanden sein sollte. Die Zylindersektoren 121 sind an dem Zylinderkörper 120 biegsam angeordnet, und werden mittels eines elastischen Elements 125, wie einer Ringfeder oder, vorliegend, einem O-Ring 126, zusammengedrückt. Eine radial innenliegende Zentrieroberfläche 127 ist so angeordnet und ausgestaltet, dass diese an der Lauffläche 88 des Freilaufs 46 anliegen kann. Die Montageeingriffsabschnitte 123 kämmen sozusagen mit den Klemmmitteln 66.
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Ein jeweiliger Zwischenraum zwischen den Montageeingriffsabschnitten 123 und den Klemmmitteln 66 erlaubt ein geringfügiges Verdrehen, um die Montage zu erleichtern. Daher sind die Montageeingriffsabschnitte 123 so angeordnet und ausgestaltet, insbesondere hinsichtlich deren Erstreckung in Umfangsrichtung, dass zwischen den jeweiligen Montageeingriffsabschnitten 123 und den jeweiligen Klemmmitteln 66 ein Winkel (ohne Bezugszeichen) vergleichbar dem Winkel 102 ein Verdrehspiel ermöglichend vorgesehen ist. Im Übrigen gilt das zu den anderen Ausführungsformen Beschriebene.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Getriebeaktor bzw. Einmotor-Getriebeaktor
- 2
- Motorvorrichtung
- 3
- Logikvorrichtung
- 4
- Untersetzungsvorrichtung
- 5
- Spindelgetriebevorrichtung
- 6
- Schaltbetätigungsvorrichtung
- 7
- Wählbetätigungsvorrichtung
- 8
- Schaltwellenvorrichtung
- 9
- Sensorvorrichtung
- 10
- Aktorgehäuse
- 11
- Achse
- 12
- Elektromotor bzw. Motor
- 13
- Motorwelle
- 14
- Untersetzungsgetriebe
- 15
- Motorritzel
- 16
- Untersetzungshohlrad
- 17
- Spindelwelle
- 18
- Spindel
- 19
- Mutter bzw. Spindelmutter
- 20
- Zahnstange
- 21
- Zahnstangenprofil
- 22
- axialer Stellungsbereich
- 23
- schaltender Stellungsbereich
- 24
- wählender Stellungsbereich
- 25
- Schaltzahnrad
- 26
- erstes Schaltzahnrad
- 27
- zweites Schaltzahnrad
- 28
- Wellenzahnrad
- 29
- Schaltwelle
- 30
- Schaltfinger
- 31
- Mutterschaltkulisse bzw. Rastiereinrichtung
- 32
- Mutterwählkulisse
- 33
- Umlenkrad bzw. Übertragungsglied
- 34
- erste Verzahnungsstufe
- 35
- zweite Verzahnungsstufe
- 36
- Kronenrad
- 37
- Wähltopf
- 38
- Bahnkurve bzw. Wählband oder Kurvengetriebe
- 39
- Kulissenbahn
- 40
- Führungsstiftdrehlager
- 41
- Führungsstift
- 42
- Schaltkulisse bzw. Schaltwalze
- 43
- Sinterbauteil bzw. Zwischenrad bzw. Zweiverzahnungsstufenteil
- 44
- Zwischenwelle
- 45
- Mutterkulisse
- 46
- Freilauf
- 47
- Klinkenfreilauf
- 48
- Freilaufwellenkörper
- 49
- Klinkenzahn bzw. Rampe
- 50
- Klinke
- 51
- Klinkenfeder
- 52
- Freilaufvorspannungsfeder
- 53
- Klinkenzahnflanke bzw. Sperrseite
- 54
- Teilung
- 55
- Kulissenschiene
- 56
- H-Schaltbild
- 57
- Neutralgasse
- 58
- Nut
- 59
- Quernut bzw. Gasse bzw. Schaltgasse
- 60
- Wählfinger
- 61
- Anschlagblech
- 62
- Welle-Nabe-Verbindung
- 63
- Keilwellenverzahnung
- 64
- Steg
- 65
- Klemmrollenfreilauf
- 66
- Klemmmittel
- 67
- Klemmrolle
- 68
- Kavität
- 69
- Freilaufschale bzw. Freilaufhülse
- 70
- Freilaufgehäuse
- 71
- Freilaufblech
- 72
- Kulissenwand
- 73
- Klemmkörperfreilauf
- 74
- Klemmkörper
- 75
- Klemmkörpergrundkörper
- 76
- Klemmkörpernocken
- 77
- abgerundete Kante
- 78
- Klemmfläche
- 79
- Rund
- 80
- Radius
- 81
- Durchlassöffnung
- 82
- Sensorwelle
- 83
- Streifenanbindung
- 84
- Achsversatz
- 85
- Lagerzapfen
- 86
- Hülsenfreilauf
- 87
- Wälzlager bzw. Spindellager
- 88
- Lauffläche
- 89
- Hülse
- 90
- Bund
- 91
- Blechteil
- 92
- Sensor bzw. Wählwegsensor
- 93
- Freilaufwelle
- 94
- Sensorwellenkopf
- 95
- Sensorwellenschaft
- 96
- Sensorwellengrundabschnitt
- 97
- Sensorwellenbord
- 98
- Axialsicherungsdeckel
- 99
- Langloch
- 100
- Stiftaufnahme
- 101
- Montagestift
- 102
- Winkel
- 103
- Winkel
- 104
- Teilung
- 105
- Zahn
- 106
- Markierung
- 107
- Absolutwegsensor
- 108
- Lagerhülse
- 109
- Führungsgehäuse
- 110
- Lagerschild
- 111
- Wälzlagergehäuse
- 112
- Stützlasche
- 113
- Freilaufgehäusegrundkörper
- 114
- Freilaufschalenaufnahme
- 115
- Loch
- 116
- Zapfen
- 117
- Spindeltrieb
- 118
- Antriebseinheit
- 119
- Montagehülse
- 120
- Zylinderkörper
- 121
- Zylindersektor
- 122
- Zylindersektorausnehmung
- 123
- Montageeingriffsabschnitt
- 124
- Stirnseite
- 125
- elastisches Element
- 126
- O-Ring
- 127
- Zentrieroberfläche
- A
- Motorachse
- B
- Spindelachse bzw. Schaltachse
- C
- Zwischenwellenachse
- D
- erste Schaltbetätigungsachse
- E
- zweite Schaltbetätigungsachse
- F
- Schaltwellenachse
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
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- EP 2014/057410 [0003, 0006, 0027, 0064]
- DE 102014205659 [0004, 0027, 0064]
