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Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Getriebeaktor mit einer um eine Drehachse verdrehbaren Aktorwelle, die in einer axialen Richtung verschiebbar ist.
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Aus der internationalen Offenlegungsschrift
WO 2015/149795 A1 ist ein hydraulischer Getriebeaktor, beispielsweise für ein Doppelkupplungsgetriebe, bekannt, mit Schaltschienen zur Betätigung von Schaltpositionen mittels einer Schaltwelle mit integriertem Schalthebel mit einem Schaltfinger und Sperr- und Auswerferelementen für ein Active Interlock System, wobei jeweils nur eine Axialeinheit für die Wählbewegung und eine Schwenkeinheit für die Schwenkbewegung vorgesehen sind.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen hydraulischen Getriebeaktor mit einer um eine Drehachse verdrehbaren Aktorwelle, die in einer axialen Richtung verschiebbar ist, zu schaffen, der einfach aufgebaut und kostengünstig herstellbar ist.
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Die Aufgabe ist bei einem hydraulischen Getriebeaktor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Drehbewegung der Aktorwelle dient zum Beispiel zum Schalten eines Gangs in einem Getriebe. Die axiale Verschiebung der Aktorwelle dient zum Beispiel zum Wählen eines Gangs in dem Getriebe. Umgekehrt kann die axiale Verschiebung der Aktorwelle aber auch zum Schalten eines Gangs verwendet werden, während die Drehbewegung der Aktorwelle zum Wählen eines Gangs verwendet wird. Die Schubkurbel dient vorteilhaft dazu, eine translatorische Bewegung eines Aktorkolbens in die Drehbewegung der Aktorwelle umzuwandeln. Mit der Schubkurbel wird auf einfache Art und Weise eine robuste Konstruktion des hydraulischen Getriebeaktors ermöglicht. Darüber hinaus wird mit der Schubkurbel eine kostengünstig darstellbare Lösung geschaffen, um mit einer hydraulischen Energieversorgung eine mechanische Drehbewegung zu erzeugen.
Der Aktorkolben ist zur hydraulischen Betätigung vorzugsweise in einen Hydraulikzylinder translatorisch hin und her bewegbar. Bei dem Kurbelkörper handelt es sich zum Beispiel um eine Kurbelscheibe, die um eine Drehachse drehbar ist. Die Drehbewegung des Kurbelkörpers, insbesondere der Kurbelscheibe, wird genutzt, um die Aktorwelle zu verdrehen. Zu diesem Zweck ist die Aktorwelle, zum Beispiel durch eine geeignete Kupplung, drehfest mit dem Kurbelkörper verbunden.
Das Koppelelement ist vorteilhaft an einem dem Aktorkolben abgewandten Ende der Kolbenstange vorgesehen. Eine translatorische Bewegung der Kolbenstange wird über das Koppelelement so auf den Kurbelkörper übertragen, dass dieser in Drehung versetzt wird. Zur Führung des Kurbelzapfens in dem Koppelelement kann optional eine Lagereinrichtung, vorteilhaft eine Wälzlagereinrichtung, insbesondere eine Kugellagereinrichtung, vorgesehen werden.
Der Kurbelzapfen hat vorteilhaft im Wesentlichen die Gestalt eines geraden Kreiszylinders. Dabei erstreckt sich der Kurbelzapfen senkrecht zu einer Ebene, die von dem Kurbelkörper, insbesondere der Kurbelscheibe, aufgespannt wird. Eine Drehachse des Kurbelkörpers ist von einer Bewegungsachse der Kolbenstange beabstandet und senkrecht zu dieser angeordnet.
Bei der Kolbenstangenachse handelt es sich zum Beispiel um die Längsachse oder Mittelachse der Kolbenstange. Durch die symmetrische Anordnung des Koppelelements zu der Kolbenstangeachse wird im Betrieb des hydraulischen Getriebeaktors sichergestellt, dass möglichst geringe Kippmomente auf die Kolbenstange wirken. Der Aktorkolben ist vorteilhaft in eine Mittelstellung vorgespannt. Die Vorspannung wird vorteilhaft durch zwei Federn aufgebracht, zwischen denen der Aktorkolben in dem Hydraulikzylinder eingespannt ist. Ausgehend von der federzentrierten Mittelposition kann über den ersten Druckanschluss des Hydraulikzylinders eine Drehung in einer ersten Drehrichtung und über einen zweiten Druckanschluss des Hydraulikzylinders eine Drehung in eine zweite Drehrichtung erzeugt werden. Die Kolbenstange wird hierbei vorteilhaft über den Aktorkolben selbst in dem Hydraulikzylinder und durch eine Kolbenstangenführung in einem Kolbenstangenaustrittsbereich des Hydraulikzylinders geführt. Ein Verdrehwinkel des Kurbelkörpers, insbesondere der Kurbelscheibe, kann durch Umrechnung aus einer Wegerfassung ermittelt werden. Die Wegerfassung erfolgt vorteilhaft durch eine Skalierung parallel zur Kolbenstange.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des hydraulischen Getriebeaktors mit einer um eine Drehachse verdrehbaren Aktorwelle, die in einer axialen Richtung verschiebbar ist, ist dadurch gelöst, dass der hydraulische Getriebeaktor einen zweiten Teilaktor mit einer Hülsenkupplung umfasst. In dem hydraulischen Getriebeaktor sind vorteilhaft zwei Teilaktoren kombiniert. Der zweiteTeilaktor mit der Hülsenkupplung dient dazu, die axiale Verschiebung der Aktorwelle zu bewirken.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des hydraulischen Getriebeaktors ist dadurch gekennzeichnet, dass der Teilaktor mit der Hülsenkupplung eine Schieberhülse umfasst, in der eine Aktorkolbenstange translatorisch verschiebbar ist. Die Aktorkolbenstange kann einstückig mit der Aktorwelle verbunden sein. Darüber hinaus ist die Aktorkolbenstange hydraulisch unabhängig von der Kolbenstange des Teilaktors mit der Schubkurbel.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des hydraulischen Getriebeaktors ist dadurch gekennzeichnet, dass an der Aktorkolbenstange ein Führungszapfen vorgesehen ist, der in einem Führungslangloch der Schieberhülse geführt ist. Dadurch wird auf einfache Art und Weise eine axiale Bewegung der Aktorkolbenstange in der Schieberhülse ermöglicht. Darüber hinaus wird eine Drehmomentübertragung von der Schieberhülse auf die Aktorkolbenstange ermöglicht.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des hydraulischen Getriebeaktors ist dadurch gekennzeichnet, dass die Schieberhülse fest mit einer Verbindungsstange verbunden ist, die drehfest mit einem beziehungsweise dem Kurbelkörper verbunden ist. Die feste Verbindung zwischen der Schieberhülse und der Verbindungsstange kann formschlüssig und/oder kraftschlüssig, zum Beispiel durch eine Presspassung, realisiert werden. Über die Verbindungsstange wird das Drehmoment von dem Kurbelkörper, insbesondere der Kurbelscheibe, auf die Schieberhülse übertragen.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des hydraulischen Getriebeaktors ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Verbindungsstange und der Aktorkolbenstange in der Schieberhülse ein Druckraum ausgebildet ist. Über einen dritten Druckanschluss kann der Druckraum gezielt mit Druck beaufschlagt werden, um die Aktorkolbenstange axial zu verschieben. Der Druckraum ist vorteilhaft durch Spaltdichtungen zwischen der Verbindungsstange und der Schieberhülse und zwischen der Aktorkolbenstange und der Schieberhülse abgedichtet. Alternativ oder zusätzlich kann der Druckraum durch mindestens ein Dichtelement aus einem elastomeren Material abgedichtet werden. Die axiale Verschiebung von der Kolbenstange erfolgt vorzugsweise gegen die Vorspannkraft einer Rückstellfedereinrichtung. Die Rückstellfedereinrichtung dient vorteilhaft dazu, die Aktorkolbenstange nach einer axialen Verschiebung wieder in ihre Ausgangslage zurückzustellen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen zu beschrieben sind. Es zeigen:
- 1 eine vereinfachte Darstellung eines Teilaktors eines hydraulischen Getriebeaktors mit einer Schubkurbel;
- 2 eine vereinfachte Darstellung eines Teilaktors des hydraulischen Getriebeaktors mit einer Hülsenkupplung, die eine Schieberhülse umfasst, und
- 3 eine weitere vereinfachte Darstellung der Schieberhülse aus 2.
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In 1 ist ein Teilaktor 1 eines hydraulischen Getriebeaktors vereinfacht dargestellt. Der hydraulische Getriebeaktor umfasst einen weiteren Teilaktor 21, der in 2 dargestellt ist.
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In 2 sieht man, dass der nicht näher bezeichnete hydraulische Getriebeaktor eine um eine Drehachse 34 drehbare Aktorwelle 35 umfasst, die zur Darstellung von Wählbewegungen und Schaltbewegungen in einem Getriebe Schaltfinger 36 umfasst.
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Die Aktorwelle 35 kann durch den in 1 dargestellten Teilaktor 1 um die Drehachse 34 verdreht werden. Darüber hinaus kann die Aktorwelle 35 durch den in 2 dargestellten Teilaktor 21 axial verschoben werden. Der Begriff axial bezieht sich auf die Drehachse 34 der Aktorwelle 35. Axial bedeutet in Richtung oder parallel zur Drehachse 34.
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Der Teilaktor 1 in 1 umfasst einen Hydraulikzylinder 3, in welchem ein Aktorkolben 4 translatorisch hin und her bewegbar geführt ist. Der Aktorkolben 4 ist zwischen zwei Federn 5, 6 angeordnet. Durch die Federn 5, 6 ist der Aktorkolben 4 in dem Hydraulikzylinder 3 in seine dargestellte Mittelstellung vorgespannt, also federzentriert.
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Der Hydraulikzylinder 3 weist zwei Druckanschlüsse 7, 8 auf. Über den Druckanschluss 7 kann ein in 1 links von dem Aktorkolben 4 angeordneter Druckraum in dem Hydraulikzylinder 3 mit Druck beaufschlagt werden, um eine Bewegung des Aktorkolbens 4 in 1 nach rechts zu bewirken. Analog kann ein in 1 rechts von dem Aktorkolben 4 vorgesehener Druckraum über den Druckanschluss 8 mit Druck beaufschlagt werden, um den Aktorkolben 4 in 1 in dem Hydraulikzylinder 3 nach links zu bewegen.
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Von dem Aktorkolben 4 erstreckt sich eine Kolbenstange 10 durch eine Kolbenstangenführung 9 aus dem Hydraulikzylinder 3 heraus. Die Kolbenstange 10 umfasst eine in 1 nur angedeutete Kolbenstangenachse 17. Der Aktorkolben 4 ist mit der Kolbenstange 10 translatorisch entlang der Kolbenstangenachse 17 hin und her bewegbar.
In 1 ist unterhalb und parallel zu der Kolbenstangenachse 17 eine Skalierung 11 vorgesehen. Mit Hilfe der Skalierung 11 kann die translatorische Bewegung des Aktorkolbens 4 mit der Kolbenstange 10 erfasst werden.
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Der Teilaktor 1 umfasst eine Schubkurbel 12 mit einem Kurbelkörper 13. Der Kurbelkörper 13 ist als Kurbelscheibe ausgeführt und um eine Kurbelkörperachse, die durch einen Kreis 20 angedeutet ist, drehbar. Die Kurbelkörperachse erstreckt sich senkrecht zur Zeichenebene in 1. Darüber hinaus ist die Kurbelkörperachse von der Kolbenstangenachse 17 beabstandet.
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An dem Kurbelkörper 13 ist ein Kurbelzapfen 14 befestigt. Der Kurbelzapfen 14 hat die Gestalt eines geraden Kreiszylinders, der sich in 1 senkrecht zur Zeichenebene und zu dem als Kurbelscheibe ausgeführten Kurbelkörper 13 erstreckt. Der Kurbelzapfen 14 ist in einem Koppelelement 15 geführt.
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Das Koppelelement 15 ist an dem in 1 linken Ende der Kolbenstange 10 angebracht. Zur Führung des Kurbelzapfens 14 umfasst das Koppelelement 15 ein Koppellangloch 16. Das Koppellangloch 16 erstreckt sich senkrecht zur Kolbenstangenachse 17. Darüber hinaus ist das Koppelelement 15 mit dem Koppellangloch 16 symmetrisch zu der Kolbenstangenachse 17 angeordnet.
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Der Aktorkolben 4 wird über die Druckanschlüsse 7, 8 hydraulisch betätigt. Die entsprechende translatorische Bewegung des Aktorkolbens 4 wird über die Kolbenstange 10 und das Koppelelement 15 auf den Kurbelzapfen 14 und den Kurbelkörper 13 übertragen. Durch gestrichelte Kreise 18, 19 sind Positionen des Kurbelzapfens 14 angedeutet, wenn der Aktorkolben 4 aus seiner in 1 dargestellten Mittelstellung nach links beziehungsweise nach rechts bewegt wird.
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Der in 2 dargestellte Teilaktor 21 umfasst eine Hülsenkupplung 22 mit einer Schieberhülse 23. In der Schieberhülse 23 ist eine Aktorkolbenstange 24 mit Hilfe eines Führungszapfens 25 axial verschiebbar geführt. Der Führungszapfen 25 ist an der Aktorkolbenstange 24 befestigt und in einem Führungslangloch 26 der Schieberhülse 23 axial geführt, wie man in 3 sieht.
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In der Schieberhülse 23 ist darüber hinaus ein Ende einer Verbindungsstange 28 angeordnet. Die Verbindungsstange 28 ist (nicht dargestellt) zur Drehmomentübertragung mit dem Kurbelkörper (13 in 1) des in 1 dargestellten Teilaktors 1 gekoppelt.
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Durch einen Verbindungszapfen 29 ist die Verbindungsstange 28 formschlüssig mit der Schieberhülse 23 verbunden. Alternativ oder zusätzlich kann die Verbindungsstange 28 kraftschlüssig mit der Schieberhülse 23 verbunden sein. Durch die formschlüssige und/oder kraftschlüssige Verbindung zwischen der Verbindungsstange 28 und der Schieberhülse 23 wird ein Drehmoment von dem Kurbelkörper (13 in 1) auf die Schieberhülse 23 übertragen.
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Zwischen den einander zugewandten Enden der Verbindungsstange 28 und der Aktorkolbenstange 24 ist ein Druckraum 30 in der Schieberhülse 23 ausgebildet. Über einen Druckanschluss 31 kann der Druckraum 30 mit Druck beaufschlagt werden, um eine axiale Verschiebung der Aktorkolbenstange 24 in 2 nach unten zu bewirken.
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Die Aktorkolbenstange 24 ist, wie man in 2 sieht, einstückig mit der Aktorwelle 35 verbunden. Mit Hilfe einer Skalierung 33 kann die axiale Verschiebung der Aktorwelle 35 erfasst werden. Durch eine Feder 38 ist die Aktorwelle 35 in ihre in 2 dargestellte Stellung vorgespannt.
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Der Teilaktor 21 umfasst ein nur durch ein Rechteck angedeutetes Aktorgehäuse 40. Die Aktorwelle 35 beziehungsweise die Aktorkolbenstange 24 ist in 2 unten aus dem Aktorgehäuse 40 herausgeführt. Zur Abdichtung der Drehdurchführung zwischen der Verbindungsstange 28 beziehungsweise der Aktorwelle 35 dient eine Dichtung 39. Darüber hinaus sind in dem Aktorgehäuse 40 zwei Lagereinrichtungen 41, 42 für die Schieberhülse 23 angedeutet.
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Eine Wählbewegung der Schaltfinger 36 erfolgt vorzugsweise durch die Aktorkolbenstange 24, die in der Schieberhülse 23 translatorisch verschiebbar ist. Die axiale Bewegung der Aktorkolbenstange 24 wird durch den Führungszapfen 25 in dem Führungslangloch 26 ermöglicht. Ein Drehmoment für einen Schaltvorgang wird von dem Kurbelkörper (13 in 1) über die Verbindungsstange 28 und den Verbindungszapfen 29 auf die Schieberhülse 23 übertragen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Teilaktor
- 3
- Hydraulikzylinder
- 4
- Aktorkolben
- 5
- Feder
- 6
- Feder
- 7
- Druckanschluss
- 8
- Druckanschluss
- 9
- Kolbenstangenführung
- 10
- Kolbenstange
- 11
- Skalierung
- 12
- Schubkurbel
- 13
- Kurbelkörper
- 14
- Kurbelzapfen
- 15
- Koppelelement
- 16
- Koppellangloch
- 17
- Kolbenstangenachse
- 18
- gestrichelter Kreis
- 19
- gestrichelter Kreis
- 20
- Kreis
- 21
- Teilaktor
- 22
- Hülsenkupplung
- 23
- Schieberhülse
- 24
- Aktorkolbenstange
- 25
- Führungszapfen
- 26
- Führungslangloch
- 28
- Verbindungsstange
- 29
- Verbindungszapfen
- 30
- Druckraum
- 31
- Druckanschluss
- 33
- Skalierung
- 34
- Drehachse
- 35
- Aktorwelle
- 36
- Schaltfinger
- 38
- Feder
- 39
- Dichtung
- 40
- Aktorgehäuse
- 41
- Lagereinrichtung
- 42
- Lagereinrichtung
