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Die Erfindung betrifft eine Aktoranordnung, mit dessen Hilfe insbesondere Getriebegänge eines Kraftfahrzeuggetriebes geschaltet werden können.
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Es ist eine in 1, 2 und 3 dargestellte Aktoranordnung 10 mit einem sogenannten „Active Interlock“ (AI) bekannt, bei der eine um eine Drehachse 12 drehbare und in Axialrichtung 14 verschiebbare Schaltwelle 16 vorgesehen ist, von der ein Schaltfinger 18 zum Verlagern von Schaltschienen 20 absteht. Die Schaltwelle 16 kann an einem Ende in einem in einem Getriebegehäuse 22 vorgesehenen Gleitlager 24 gelagert sein und an seinem gegenüberliegenden Ende von einer Betätigungsvorrichtung 26 verdreht werden und mit Hilfe von Kronenrädern axial verschoben werden. Die Schaltwelle 16 weist an dem von dem Getriebegehäuse 22 weg weisendem Ende ein Kulissenrad 28 auf, das über eine radial abstehende Kulissenscheibe 30 in eine in einem Aktorgehäuse 32 vorgesehene Kulisse 34 eingreifen kann. Diese Kulisse 34 weist Aussparungen 36 auf, die dem Abstand der Schaltschienen 20 entsprechen. In diese Aussparungen 36 taucht bei der Schaltbewegung, etwa der Verdrehung der Schaltwelle 16, die Kulissenscheibe 30 ein. Dies erfolgt aber nur dann, wenn die axiale Position der Schaltwelle 16 korrekt ist, wenn also der Schaltfinger 18 einer Schaltschiene 20 genau gegenüberliegt. Bei nicht korrekter axialer Position kann die Schaltwelle 16 nicht verdreht werden, so dass es beispielsweise ausgeschlossen ist, zwei Schaltschienen 20 gleichzeitig zu betätigen. Die Kulisse 34 ist bei der Aktoranordnung 10 nach dem Active Interlock Prinzip als separates Teil eingebaut und benötigt deshalb einen gewissen Bauraum.
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Es besteht ein ständiges Bedürfnis den Bauraumbedarf einer Aktoranordnung innerhalb eines Kraftfahrzeuggetriebes zu reduzieren.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung Maßnahmen aufzuzeigen, die eine Aktoranordnung mit einem geringen Bauraumbedarf, insbesondere innerhalb eines Kraftfahrzeuggetriebes, ermöglichen.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch eine Aktoranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
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Erfindungsgemäß ist eine Aktoranordnung, insbesondere zum Schalten von Getriebegängen eines Kraftfahrzeuggetriebes, vorgesehen mit einer in Umfangsrichtung um eine Drehachse verdrehbaren und in Axialrichtung verschiebbaren Schaltwelle, wobei die Schaltwelle einen in radialer Richtung abstehenden Schaltfinger zum Schalten der Getriebegänge des Kraftfahrzeuggetriebes aufweist, und einem zum Schaltfinger beabstandeten Gleitlager zur drehbaren und verschiebbaren Lagerung der Schaltwelle, wobei die Schaltwelle mit dem Gleitlager eine Kulissenführung zur Zulassung einer Drehung der Schaltwelle in bestimmten definierten axialen Relativlagen des Schaltfingers zum Gleitlager ausbildet.
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Zur Ausbildung der Kulissenführung kann das sowieso vorgesehene, insbesondere als Radialgleitlager ausgestaltete, Gleitlager und der in dem Gleitlager verschiebbar gelagerte Teil der Schaltwelle verwendet werden, so dass es nicht erforderlich ist in einem Aktorgehäuse der Aktoranordnung eine Kulisse vorzusehen. Dadurch kann im Bereich des Aktorgehäuses an der von dem Gleitlager weg weisenden Seite der Schaltwelle Bauraum eingespart werden. Der eingesparte Bauraum kann insbesondere genutzt werden, um eine hydraulische Betätigung der Schaltwelle vorzusehen, so dass die Aktoranordnung im Wesentlichen bauraumneutral als hydraulischer Gangaktor („HGA“) ausgebildet werden kann, bei dem das Drehen der Schaltwelle um die Drehachse und/oder das Verschieben der Schaltwelle in Axialrichtung hydraulisch ausführbar ist. Hierbei wird die Erkenntnis ausgenutzt, dass das die Schaltwelle lagernde Gleitlager zumindest in Teilbereichen eine vergleichsweise geringe Lagerlast abstützen muss, so dass in diesem Teilbereich ein männlicher und/oder weiblicher Teil der Kulissenführung ausgebildet werden kann ohne die Lagerfunktion für die Schaltwelle zu beeinträchtigen. Durch die Verwendung des Gleitlagers als Teil einer Kulissenführung für die Schaltwelle kann eine separat vorgesehene Kulisse eingespart werden, so dass eine Aktoranordnung mit einem geringen Bauraumbedarf, insbesondere innerhalb eines Kraftfahrzeuggetriebes, ermöglicht ist.
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Die Kulissenführung kann insbesondere nur in einer bestimmten Winkellage der Schaltwelle in Umfangsrichtung eine axiale Verschiebbarkeit und/oder nur in einer bestimmten Axiallage der Schaltwelle relativ zum Gleitlager eine Drehbarkeit um die Drehachse zulassen. Hierbei entspricht die Axiallage, in welcher eine Drehung der Schaltwelle möglich ist, eine Axialposition, in welcher der Schaltfinger in einer genau definierten Position, insbesondere gegenüberliegend zu genau einer Schaltschiene, angeordnet ist. Eine Fehlschaltung ist dadurch vermieden. Da ein männlicher und/oder weiblicher Teil der Kulissenführung auch durch die Schaltwelle ausgebildet wird, kann der Abstand dieser Elemente der Kulissenführung zum Schaltfinger sehr genau vorgegeben werden. Insbesondere ist das von der Schaltwelle ausgebildete männliche und/oder weibliche Element der Kulissenführung einstückig mit dem Schaltfinger ausgebildet. Eine längere Toleranzkette kann vermieden werden, so dass ein besonders genaues Schalten mit Hilfe der Schaltwelle ermöglicht ist. Ferner ist es möglich eine Sensorik zur Detektion der Winkellage und/oder der Axiallage der Schaltwelle einzusparen oder zumindest zu vereinfachen, wodurch es insbesondere möglich ist den Bauraumbedarf weiter zu reduzieren.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Schaltwelle in einem definierten axialen Abstand zum Schaltfinger mindestens einen nach radial außen abstehenden Nocken, insbesondere mehrere zueinander in axialer Richtung definiert beabstandete Nocken, und das Gleitlager eine in axialer Richtung verlaufende Nut zur in axialer Richtung verschiebbaren Aufnahme des mindestens einen Nockens aufweist. Dadurch wird der weibliche Teil der Kulissenführung durch das Gleitlager und der männliche Teil der Kulissenführung durch die Schaltwelle ausgebildet, wobei es alternativ auch möglich ist, dass der männliche Teil der Kulissenführung durch das Gleitlager und der weibliche Teil der Kulissenführung durch die Schaltwelle ausgebildet wird. Die in dem Gleitlager vorgesehene Nut kann insbesondere nachträglich spanend vorgesehen werden, nachdem zuvor eine kreisförmige Öffnung zur Ausbildung des Gleitlagers vorgesehen wurde. Der Nocken der Schaltwelle kann insbesondere mit Spielpassung in die Nut eingreifen. Wenn der Nocken in der Nut eingesetzt ist, kann die Schaltwelle in axialer Richtung verschoben aber nicht verdreht werden. Wenn in der Nut kein Nocken eingesetzt ist, kann die Schaltwelle verdreht werden, wobei in dem verdrehten Zustand die Schaltwelle nicht in axialer Richtung verschoben werden kann, da der Nocken an dem Gleitlager und/oder einem das Gleitlager umgebenen Material anschlägt. Insbesondere kann der Nocken und/oder die Nut eine Erstreckung α in Umfangsrichtung von 1° ≤ α ≤ 45°, vorzugsweise 5° ≤ α ≤ 30° und besonders bevorzugt 10° ≤ α ≤ 25° aufweisen.
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Insbesondere bildet das Gleitlager einen zum Schaltfinger weisenden ersten Axialanschlag zum Anschlagen an einem Nocken und einen von dem Schaltfinger weg weisenden zweiten Axialanschlag zum Anschlagen an einem Nocken aus, wobei das Gleitlager zwischen dem ersten Axialanschlag und dem zweiten Axialanschlag mit Spielpassung in einen Zwischenraum zwischen zwei in axialer Richtung nachfolgenden Nocken und/oder in einen Zwischenraum zwischen dem Schaltfinger und dem Nocken eingreifbar ist. Der Abstand der Axialanschläge ist groß genug, um in einer bestimmten relativen Axiallage der Schaltwelle zum Gleitlager ein Drehen zu ermöglichen. Zusätzlich ist der Abstand der Axialanschläge klein genug, um ein Axialspiel möglichst gering zu halten und eine Fehlschaltung durch den Schaltfinger sicher zu verhindern. Der erste Axialanschlag und/oder der zweite Axialanschlag kann insbesondere mit dem anschlagenden Nocken ein Axialgleitlager ausbilden, so dass mit einer geringen Reibung der Nocken relativ zu dem zugeordneten Axialanschlag an dem Axialanschlag abgleiten kann. Vorzugsweise sind die axialen Stirnseiten der Nocken und/oder die Axialanschläge entsprechend oberflächenbearbeitet und /oder oberflächenbehandelt.
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Vorzugsweise ist der erste Axialanschlag und/oder der zweite Axialanschlag durch einen, insbesondere spanend hergestellten, Rücksprung ausgebildet. Dadurch kann das Material, in dem das Gleitlager ausgebildet ist, eine größere Dicke in axialer Richtung der Schaltwelle aufweisen, die mit entsprechend geringen Toleranzanforderungen hergestellt werden kann. Lediglich im Bereich der Axialanschläge kann die axiale Erstreckung des Teils des Gleitlagers, das in einem zwischen zwei Nocken und/ oder zwischen einem Nocken und dem Schaltfinger ausgebildeten Zwischenraum eingreifen kann, an die axiale Erstreckung des Zwischenraums angepasst werden. Dadurch kann bei geringen Herstellungskosten eine hohe Genauigkeit erreicht werden, die Schaltfehler vermeidet.
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In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Gleitlager einen nach radial innen abstehenden Nocken und die Schaltwelle in einem definierten axialen Abstand zum Schaltfinger mindestens eine in Umfangsrichtung, insbesondere umlaufend, verlaufende Nut, insbesondere mehrere zueinander in axialer Richtung beabstandete in Umfangsrichtung, insbesondere umlaufend, verlaufende Nuten, zur drehbaren Aufnahme des Nockens aufweist, wobei die Schaltwelle eine in axialer Richtung verlaufende Längsnut zum Einfädeln des Nockens in die mindestens eine Nut aufweist. Dadurch wird der männliche Teil der Kulissenführung durch das Gleitlager und der weibliche Teil der Kulissenführung durch die Schaltwelle ausgebildet, wobei es wie vorstehend beschrieben alternativ auch möglich ist, dass der weibliche Teil der Kulissenführung durch das Gleitlager und der männliche Teil der Kulissenführung durch die Schaltwelle ausgebildet wird. Insbesondere kann der vorstehend beschriebene Aufbau der Aktoranordnung unter Berücksichtigung der kinematischen Umkehr analog vorgesehen sein.
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Insbesondere sind mehrere in einem definierten, insbesondere konstanten, axialen Abstand zueinander beabstandete Schaltschienen zum Einlegen des Getriebegangs des Kraftfahrzeuggetriebes vorgesehen, wobei die jeweilige Schaltschiene von dem Schaltfinger quer zur Drehachse verschiebbar ist, wobei die axiale Breite eines Zwischenraums zwischen den von der Schaltwelle ausgebildeten Nocken oder die axiale Breite der von der Schaltwelle ausgebildeten Nuten im Wesentlichen dem axialen Abstand der Schaltschienen entspricht. Die geometrische Ausgestaltung des Zwischenraums kann dadurch sehr genau an den axialen Abstand der Schaltschienen angepasst sein. Lange Toleranzketten können dadurch vermieden werden, so dass das Risiko von Fehlschaltungen der Schaltschienen, indem beispielsweise der Schaltfinger versucht zwei Schaltschienen gleichzeitig zu verlagern, reduziert ist. Durch die erhöhte Genauigkeit ist es zusätzlich möglich den axialen Abstand der Schaltschienen zu reduzieren, wodurch zusätzlich der Bauraumbedarf reduziert werden kann.
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Vorzugsweise entspricht die Anzahl der von den Nocken der Schaltwelle ausgebildeten Zwischenräume oder die Anzahl der von der Schaltwelle ausgebildeten Nuten der Anzahl der Schaltschienen. Unnötige Nocken oder Nuten können vermieden werden, so dass die Kulissenführung entsprechend einfach und kostengünstig aufgebaut sein kann. Vorzugsweise ist ein Nocken mehr als die Anzahl der Schaltschienen vorgesehen. Dadurch ist es nicht erforderlich einen Zwischenraum durch einen Nocken und den Schaltfinger zu begrenzen. Stattdessen kann der Schaltfinger weiter beabstandet zu dem dem Schaltfinger am nächsten liegenden Nocken angeordnet sein, so dass beispielsweise zwischen dem Schaltfinger und dem Nocken Auswerfelemente vorgesehen sein können, die beim Schalten einer Schaltschiene mit Hilfe des Schaltfingers einen eingelegten Getriebegang dieses Teilgetriebes auslegen können.
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Besonders bevorzugt ist ein Getriebegehäuse für das Kraftfahrzeuggetriebe vorgesehen, wobei das Gleitlager in dem Getriebegehäuse vorgesehen ist. Das Gleitlager kann dadurch in einem sowieso vorgesehenen Bauteil integriert sein, so dass die Bauteileanzahl gering gehalten ist. Gegebenenfalls kann eine mit dem Getriebegehäuse verbundene Abdeckkappe vorgesehen sein, durch die der aus dem Getriebegehäuse herausragende Teil der Schaltwelle abgedeckt werden kann. Eine Verbindung des Innenraums des Getriebegehäuses mit der Umgebung über die Kulissenführung kann dadurch verhindert werden und eine im Bereich des Gleitlagers sich ausbildende Öffnung abgedichtet werden.
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Insbesondere ist eine an der Schaltwelle angreifende Betätigungseinrichtung vorgesehen, wobei das Drehen der Schaltwelle um die Drehachse und/oder das Verschieben der Schaltwelle in Axialrichtung von der Betätigungseinrichtung hydraulisch ausführbar ist. Die Aktoranordnung kann dadurch als hydraulischer Gangaktor („HGA“) ausgebildet sein.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeuggetriebe zum Übertragen eines von einem Kraftfahrzeugmotor bereitgestellten Drehmoments mit unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen mit einer Aktoranordnung, die wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein kann, zum Schalten von Getriebegängen des Kraftfahrzeuggetriebes. Durch die Verwendung des Gleitlagers als Teil einer Kulissenführung für die Schaltwelle kann eine separat vorgesehene Kulisse eingespart werden, so dass eine Aktoranordnung mit einem geringen Bauraumbedarf, insbesondere innerhalb eines Kraftfahrzeuggetriebes, ermöglicht ist.
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:
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1: eine schematische perspektivische teilgeschnittene Ansicht eines Teils einer vorbekannten Aktoranordnung,
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2: eine schematische Schnittansicht der Aktoranordnung aus 1,
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3: eine schematische Schnittansicht eines in 2 nicht gezeigten anderen Endes der Aktoranordnung aus 1,
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4: eine schematische perspektivische teilgeschnittene Ansicht eines Teils einer erfindungsgemäßen Aktoranordnung und
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5: eine schematische Schnittansicht der Aktoranordnung aus 4.
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Bei der in 4 und 5 dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Aktoranordnung 10 ist im Vergleich zu der in 1, 2 und 3 dargestellten Ausführungsform der Aktoranordnung 10 die Kulissenführung für die Schaltwelle 16 nicht im Aktorgehäuse 32 vorgesehen, sondern mit Hilfe des Gleitlagers 24 am entgegen gesetzten Ende der Schaltwelle 16 ausgebildet. In der dargestellten Ausführungsform ist der männliche Teil der Kulissenführung von der Schaltwelle 16 und der weibliche Teil der Kulissenführung von dem Gleitlager 24 ausgebildet, wobei dies auch kinematisch umgekehrt ausgebildet sein kann. Hierzu weist die Schaltwelle 16 mehrere radial abstehende Nocken 38 auf, zwischen denen jeweils ein Zwischenraum 40 ausgebildet ist. Die Anzahl der Zwischenräume 40 entspricht der Anzahl der Schaltschienen 20, wobei ein Nocken 38 mehr vorgesehen ist als die Anzahl der der Schaltschienen 20. Der Schaltfinger 18 ist zu den Nocken 20 deutlich beabstandet, so dass auf der Schaltwelle 16 genügend Platz verbleibt an beiden Axialseiten des Schaltfingers 18 zu dem Schaltfinger 18 axial beabstandete Auswerfelemente 42 vorzusehen, die beim Schalten einer Schaltschiene 20 mit Hilfe des Schaltfingers 18 einen eingelegten Getriebegang dieses Teilgetriebes auslegen können. Die jeweiligen Schaltschienen 20 sind alternierend für einen ungeraden und einen geraden Getriebegang vorgesehen, wobei bei einem Doppelkupplungsgetriebe in der Regel die ungeraden Getriebegänge von einem ersten Teilgetriebe mit einer ersten Getriebeeingangswelle und die geraden Getriebegänge von einem zweiten Teilgetriebe mit einer zweiten Getriebeeingangswelle geschaltet werden. Die Abstände zwischen dem Schaltfinger 18 und den Auswerfelementen 42 sind derart gewählt, dass bei einem Schalten eines Getriebeganges mit Hilfe des Schaltfingers 18 der zuvor eingelegte Getriebegang auf dieser Teilgetriebewelle mit Hilfe eines der Auswerfelemente 42 automatisch gleichzeitig ausgelegt wird.
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In dem Gleitlager 24 ist eine axial verlaufende Nut 44 vorgesehen, in welche die axial hintereinander angeordneten Nocken 38 in axialer Richtung eingesetzt werden können, um die Schaltwelle 16 in Axialrichtung 14 relativ zum Gleitlager 24 zu verschieben. Das Gleitlager 24 weist einen zum Schaltfinger 18 weisenden ersten Axialanschlag 46 und einen von dem Schaltfinger 18 weg weisenden zweiten Axialanschlag 48 auf, deren axialer Abstand im Wesentlichen der axialen Erstreckung des Zwischenraums 40 entspricht. Dadurch kann eine genau definierte axiale Relativlage der Schaltwelle 16 zu dem Gleitlager 24 vorgegeben werden, in der keiner der Nocken 38 in der Nut 44 eingesetzt ist und die Schaltwelle 16 verdreht werden kann. Diese axiale Relativlage entspricht genau einer Position des Schaltfingers 18, in welcher der Schaltfinger 18 im Wesentlichen mittig zu einer zu schaltenden Schaltschiene 20 angeordnet ist. Wenn die Schaltwelle 16 verdreht ist, ist eine axiale Bewegung gesperrt, da die Nocken 38 an dem ersten Axialanschlag 46 oder an den zweiten Axialanschlag 48 anschlagen würden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind der erste Axialanschlag 46 und der zweite Axialanschlag 48 durch einen durch Drehen spanend hergestellten jeweiligen Rücksprung im Getriebegehäuse 22 ausgebildet.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Aktoranordnung
- 12
- Drehachse
- 14
- Axialrichtung
- 16
- Schaltwelle
- 18
- Schaltfinger
- 20
- Schaltschiene
- 22
- Getriebegehäuse
- 24
- Gleitlager
- 26
- Betätigungsvorrichtung
- 28
- Kulissenrad
- 30
- Kulissenscheibe
- 32
- Aktorgehäuse
- 34
- Kulisse
- 36
- Aussparung
- 38
- Nocken
- 40
- Zwischenraum
- 42
- Auswerfelement
- 44
- Nut
- 46
- erster Axialanschlag
- 48
- zweiter Axialanschlag
