DE19535755A1

DE19535755A1 - Stelleinrichtung, insbesondere für die Betätigung einer Schaltwelle eines Schaltgetriebes für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE19535755A1
Application number: DE19535755A
Authority: DE
Inventors: Jens Dipl Ing Dorfschmid; Lutz Dipl Ing Leimbach
Original assignee: Fichtel and Sachs AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1995-09-26
Filing date: 1995-09-26
Publication date: 1997-03-27
Also published as: GB2305699A; US5875866A; GB2305699B; ES2154511B1; ES2154511A1; FR2739165A1; GB9619993D0; FR2739165B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Stelleinrichtung, insbesondere für die Betätigung einer Schaltwelle eines Schaltgetriebes für Kraftfahrzeuge.

Es ist bereits eine Stelleinrichtung für die Betätigung einer Schaltwelle eines Schaltgetriebes für Kraftfahrzeuge, z. B. durch die DE 43 09 027 A1 bekannt.

Die bekannte Stelleinrichtung umfaßt eine Schaltwelle, einen Führungskolben und einen Ringkolben, ein Mitnahmeelement und zwei Stelleinheiten in Form von Hydrauliksystemen, mit denen die Rotations- und Translationsbewegung der Schaltwelle steuerbar ist. Die Translationsbewegung der Schaltwelle wird durch einen Führungskolben, der mittels eines doppelwirkenden Zylinders bei entsprechender Druckbeaufschlagung eine transiatorische Bewegung ausführt, gesteuert. Ein Ringkolben ist über eine Schrägverzahnung mit einem Mitnahmeelement, das einerseits über eine Längsverzahnung mit der Schaltwelle verbunden ist, verbunden. Dieser Ringkolben wird bei Druckbeaufschlagung gegen die Kraft einer Rückstellfeder axial verschoben, wodurch die Schaltwelle infolge der Schrägverzahnung eine Rotationsbewegung ausführt.

Zur Gangerkennung sind zwei Sensoren integriert, wobei der eine, der am Fußende des Mitnahmeelementes angeordnet ist, die Drehbewegung und der zweite, der im Bereich des Zweikammer-Hydrauliksystems angeordnet ist, die Translationsbewegung detektiert.

Nachteilig ist bei dieser Konstruktion, daß die beiden Hydrauliksysteme axial hintereinander radial außen um die Schaltwelle angeordnet sind, wodurch eine lange Schaltwelle unumgänglich ist. Des weiteren ist die Verwendung von kompliziert aufgebauten Bauteilen für die Übertragung der Translations- und Rotationsbewegung auf die Schaltwelle, infolge der Hydraulikkammeranordnung, erforderlich.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Stelleinrichtung derart weiterzubilden, daß diese kompakt gestaltbar ist und mittels einfach herstellbarer Bauteile aufgebaut ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 gegebenen Merkmale gelöst. Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Rotations- und Translationsbewegungen der Schaltwelle durch zwei Stelleinheiten steuerbar sind, wobei die eine Stelleinheit mittels mindestens einer Gelenkverbindung mit der Schaltwelle in Wirkkontakt bringbar ist. Die Verwendung der Gelenkverbindung hat den Vorteil, daß Wirkverbindungen, die mehrere Freiheitsgrade haben, herstellbar sind. Eine vorteilhafte Gestaltungsform der Stelleinheiten ist die Verwendung von Hydraulikzylindern.

Es sind aber auch weitere Gestaltungsformen der Stelleinheiten, z. B. elektromotorischer Art, denkbar.

In Anspruch 2 ist eine vorteilhafte Ausführungsform einer der Gelenkverbindungen durch die Verwendung von einem Kugelgelenk, das eine mit Kugelende ausgebildete Gelenkstange und ein mit einer Gelenkpfanne für das Kugelende versehenes Führungselement umfassen, angegeben. Dadurch ist eine Rotationsbewegung um eine Drehachse, die winklig zur antreibenden (ersten) Drehachse angeordnet ist, übertragbar.

Die achsenparallele Anordnung der Stelleinheiten zur Schaltwelle gemäß Anspruch 3 ist vorteilhaft, weil dadurch die Stelleinrichtung in Form eines kompakten Bauteiles herstellbar ist. Diese Eigenschaft gewinnt immer mehr an Bedeutung, da der freie Bautraum bei Kraftfahrzeugen immer knapper wird. Diese Kompaktheit der neuen Stelleinrichtung macht den Einsatz der Stelleinheit auch in Fahrzeugen möglich, in denen sie früher aus Platzgründen nicht einsetzbar war.

In Anspruch 4 sind die Stelleinheiten weiter ausgeführt. Beide Stelleinheiten sind für transiatorische Bewegungen antreibbar. Solche Stelleinheiten sind kostengünstig in Form von Standard-Hydraulikzylindern erhältlich. Damit wird die Verwendung von Standardbauteilen möglich, was sich vorteilhaft auf die Herstellungskosten auswirkt.

In Anspruch 5 ist eine vorteilhafte Konstruktion der Übertragung der Drehbewegung auf die Schaltwelle ausgeführt. Die Drehbewegung wird von einer Stelleinheit, die zu einer transiatorischen Bewegung antreibbar ist, eingeleitet. Diese transiatorische Bewegung wirkt auf eine Gelenkverbindung, die ihrerseits über einen Schwenkhebel und über eine weitere Gelenkverbindung mit der Schaltwelle drehfest in Eingriff bringbar ist. Die Übertragung der Rotationsbewegung auf die Schaltwelle mittels eines Mitnahmeelementes ist in Anspruch 6 weiter ausgeführt. Die Rotationsbewegung des Schwenkhebels wird über das zweite Gelenk auf die Schaltwelle übertragen, wobei das Führungselement dieses Gelenkes in Form eines Mitnahmeelementes ausgestaltet ist. Dieses Mitnahmeelement ist axial gesichert, wobei eine auf der Schaltwelle befestigte Führungshülse gegenüber diesem verschiebbar ist. Das Mitnahmeelement ist drehfest mit der Führungshülse über eine Nut gemäß Anspruch 7 verbunden. Diese Führungshülse ist ihrerseits fest mit der Schaltwelle verbunden. Bei dieser Konstruktion wird die Rotationsbewegung über das Mitnahmeelement auf die Schaltwelle übertragen, wobei die Translationsbewegungsfreiheit der Schaltwelle in Axialrichtung erhalten bleibt.

Eine vorteilhafte Anordnung der Gangerkennung mit Hilfe eines Sensor ist in Anspruch 8 beschrieben. Der Sensor ist über eine Gelenkverbindung mit der Schaltwelle verbunden. Es werden über diese Gelenkverbindung sowohl Rotationsbewegungen, als auch Translationsbewegungen der Schaltwelle, gemäß Anspruch 9, detektiert. Ein Sensor der dies leistet, ist beispielsweise aus der P 38 36 145.0 bekannt.

In Anspruch 11 ist eine vorteilhafte Sensoranordnung beschrieben. Der Sensor ist genauso wie die Stelleinheiten achsenparallel zur Schaltwellenachse anordbar, wodurch die genannten Vorteile der achsenparallelen Anordnung, wie Kompaktheit und fertigungstechnische Vorteile, auch hier zutreffend sind.

In Anspruch 12 ist eine weitere mögliche Konstruktion mit einer Stelleinheit und einem Getriebe beschrieben, wobei die Rotations- und Translationsbewegungen, gemäß Anspruch 13, phasenverschoben auf die Schaltwelle übertragbar sind, wodurch die Einsparung einer Stelleinheit möglich ist.

Ein Konstruktionsbeispiel wird in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt und nachfolgend näher beschrieben; es zeigt:

Fig. 1 den Schnitt durch eine Stelleinrichtung;

Fig. 2 den Schnitt durch h die Stelleinrichtung gem. Fig. 1 entlang A-A;

Fig. 3 den Schnitt durch das Mitnahmeelement entlang B-B gemäß Fig. 2;

Fig. 4 Ausschnitt aus einer Stelleinrichtung mit Getriebe.

Der prinzipielle Aufbau der Stelleinrichtung wird anhand Fig. 1 erläutert. Die dargestellt Stelleinrichtung 1 umfaßt eine Schaltwelle 3, zwei Stellzylinder 5, 7, eine Rückstellfeder 9, einen Schwenkhebel 19 sowie mehrere Kugelgelenke, bestehend aus Gelenkstange 27, 29, 31 und Führungselement 21, 23, 25.

Durch eine Translation der Schaltwelle 3 entlang ihrer Längsachse ist die Gasse einstellbar und durch die Rotation um ihre Längsachse ist der Gang wählbar. Es ist jedoch getriebespezifisch durch welche Bewegungen (Translation, Rotation) die Gasse - bez. Gangwahl erfolgt.

Die Bewegung der Schaltwelle 3 wird über zwei Hydraulikzylinder 5, 7 gesteuert, wobei die Rotationsbewegung über einen doppeltwirkenden Hydraulikzylinder mit den Anschlüssen 39, 41 und die Translationsbewegung über einen einfachwirkenden Hydraulikzylinder 5 einleitbar ist.

Zunächst erfolgt eine Beschreibung der Übertragung der Rotationsbewegung auf die Schaltwelle 3. Der Hydraulikzylinder 7 wird derart mit Druck beaufschlagt, so daß das Zylinderende 8 entlang seiner Längsachse verschoben wird. Mit dem Zylinderende 8 ist das Führungselement 21 verbunden, das in einer Gelenkpfanne 67 das Kugelende 61 der Kugelgelenkstange 27 führt. Diese Kugelgelenkstange 27 ist nahezu im rechten Winkel zum Hydraulikzylinder 7 angeordnet und endseitig mit dem Schwenkhebel 19 fest verbunden. In gleicher Weise ist mit diesem Schwenkhebel 19 eine weitere Kugelgelenkstange 29, die im rechten Winkel zu der anderen Kugelgelenkstange 27 und damit nahezu parallel zur Schaltwelle 3 angeordnet ist, verbunden. Der Schwenkhebel 19 ist in einem Lager 45 mittels Lagerbolzen 43 drehbar um diese Achse 47 gelagert. Das Kugelende 63 der Kugelgelenkstange 29 ist über die Gelenkpfanne 69 mit dem Führungselementes 23, das hier auch gleich das Mitnahmeelement 51 darstellt, verbunden. Das Mitnahmeelement 51 ist seinerseits axial gesichert und über eine Nut 47 drehfest mit einer Führungshülse 55, die mit dem Bolzen 49 fest mit der Schaltwelle verbunden ist, verbunden. Durch Translation des Stellzylinders 7 wird die axiale Bewegung über den Schwenkhebel 19 mit den zwei Kugelgelenkstangen 27, 29 in eine Rotationsbewegung umgewandelt. Über das zweite Führungselement 23, das fest mit der Schaltwelle verbunden ist, wird die Rotation um die Drehachse 47, in eine Rotation um die Längsachse der Schaltwelle 3 umgelenkt. In diesem Konstruktionsbeispiel sind alle Gelenkverbindungen mittels Kugelgelenken 22, 24, 26 hergestellt. Die rechtswinklige Anordnung von Gelenkstangen 27, 29 und Führungselement 21, 23 ermöglicht eine nahezu querkräftefreie Übertragung der Drehbewegungen.

Der einfachwirkende Hydraulikzylinder 5 ist axial zur Schaltwelle 3 angeordnet und das zu ihm gehörende Federelement 9 ist im Deckelbereich 15 der Stellvorrichtung 1 angeordnet.

Dieses Federelement 9 umfaßt seinerseits einen Federteller 16, eine Feder 17 und einen Hohlzylinder 33, der am einen Ende einen Vorsprung nach radial außen 35 und am anderen Ende einen Vorsprung nach radial innen 37 aufweist. Der nach radial außen gerichtete Vorsprung 35 dient zur Befestigung dieses Hohlzylinders 33 am Gehäuse 13 der Stelleinrichtung 1. Zwischen dem nach innen gerichteten Vorsprung 37 und dem fest mit der Schaltwelle 3 verbundenen Federteller 16 ist die Feder 17 eingespannt.

Dieser Hydraulikzylinder 5 überträgt bei Druckbeaufschlagung eine Translationsbewegung entgegen einer Rückstellkraft des Federelementes 9 auf die Schaltwelle. Bei achsenparalleler Anordnung des Hydraulikzylinders 5 zur Schaltwelle wird die vom Zylinder ausgehende Translationsbewegung über einen Drehteller auf die Schaltwelle übertragen.

Bei hydraulischer Ansteuerung der Stelleinheit 1 ist ein Entlüftungssystem für das Hydrauliksystem integrierbar. Dieses Entlüftungssystem wird nach Befüllen des Hydrauliksystems genutzt, um die Restluft aus dem Hydrauliksystem abzuführen. Ein möglicher Aufbau des Entlüftungssystems ist ein Rückschlagventil im Kolben des doppelwirkenden Zylinders 17, sowie ein Druckbegrenzungsventil im Zylindergehäuse zu integrieren und weiterhin eine hydraulische Verbindung zwischen den Hydraulikzylindern herzustellen. Zur Entlüftung wird das Hydrauliksystem mit höherem Druck als dem Betriebsdruck beaufschlagt, wodurch alle Hydraulikkammern von Hydraulikflüssigkeit in eine Richtung durchflossen werden und so die Restluft abgeführt wird.

Weiterhin ist ein Sensor 11, der parallel zur Schaltwellenachse angeordnet ist, mit der Schaltwelle 3 über ein Kugelgelenk 26 verbunden. Dabei ist das Führungselement 25 mit der Schaltwelle 3 formschlüssig verbunden. Die Kugelgelenkstange 31 wird von einem Verbindungselement 32, das mit dem Sensor 11 verbunden ist und parallel zur Schaltwelle 3 verläuft, gehalten. Die Rotations- und Translationsbewegungen der Schaltwelle 3 gehen über das Kugelgelenk 26 auf das Verbindungselement 32 über. Ihrerseits werden die Bewegungen des Verbindungselementes 32 von dem Sensor 11 zur Gangerkennung aufgenommen.

Bezugszeichenliste

1 Stelleinrichtung
3 Schaltwelle
5 Zylinder
7 Zylinder
8 Zylinderende
9 Federelement
11 Sensor
13 Gehäuse
15 Deckelbereich
16 Federteller
17 Feder
19 Schwenkhebel
21 Führungselement
22 Kugelgelenk
23 Führungselement
24 Kugelgelenk
25 Führungselement
26 Kugelgelenk
27 Kugelgelenkstange
29 Kugelgelenkstange
31 Kugelgelenkstange
32 Verbindungselement
33 Hohlzylinder
35 Vorsprung nach radial außen
37 Vorsprung nach radial innen
39 Hydraulikanschluß
41 Hydraulikanschluß
43 Lagerbolzen
45 Lager
47 Drehachse
49 Bolzen
51 Mitnahmeelement
53 Nut
55 Führungshülse
59 Getriebe
61 Kugelende
63 Kugelende
65 Kugelende
67 Gelenkpfanne
69 Gelenkpfanne
71 Gelenkpfanne

Claims

1. Stelleinrichtung, insbesondere für die Betätigung einer Schaltwelle eines Schaltgetriebes für Kraftfahrzeuge, wobei zumindest eine Stelleinheit zur Einleitung einer sensorisch überwachbaren Rotations- oder Translationsbewegung auf die Schaltwelle vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Stelleinheit (7) mit einer zweiten Stelleinheit (5) für die jeweils andere Bewegungsart verbunden ist, wobei die erstgenannte Stelleinheit (7) ihrerseits über zumindest eine Gelenkverbindung (22, 24) mit der Schaltwelle (3) in Wirkverbindung bringbar ist.

2. Stelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenkverbindung vorzugsweise durch Verwendung von einem Kugelgelenk (24) hergestellt, ist das eine mit einem Kugelende (63) ausgebildete Gelenkstange (29) und ein mit einer Gelenkpfanne (69) für das Kugelende versehenes Führungselement (23) umfassen.

3. Stelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stelleinheiten (5, 7) achsenparallel zur Schaltwelle (3) angeordnet sind.

4. Stelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Stelleinheiten (5, 7) für transiatorische Bewegungen antreibbar sind.

5. Stelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stelleinheit über eine transiatorische Bewegung auf eine Gelenkverbindung (22) wirkt, die ihrerseits über einen Schwenkhebel (19) und über eine weitere Gelenkverbindung (24) mit einer Schaltwelle (3) drehfest in Eingriff bringbar ist.

6. Stelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Gelenkverbindung (24) über ein axial gesichertes Mitnahmeelement (51), gegenüber dem eine auf der Schaltwelle (3) befestigte Führungshülse (55) verschiebbar ist, zur drehfesten Verbindung mit der Schaltwelle (3) in Formschluß mit derselben bringbar ist.

7. Stelleinrichtung nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Mitnahmeelement (51) eine Führungshülse (55) umgreift, die mittels einer Nut (44) drehfest mit dem Mitnahmeelement (51) in Wirkkontakt bringbar ist und fest mit der Schaltwelle (3) verbunden ist.

8. Stelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltwelle (3) zur Gangerkennung ein Sensor (11) der mit der Schaltwelle (3) über eine Gelenkverbindung (26) verbunden ist, zugeordnet ist.

9. Stelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (11) die Rotations- und Translationsbewegungen der Schaltwelle detektiert.

10. Stelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (11) über ein Gelenk (26), das formschlüssig mit der Schaltwelle (3) verbunden ist, die Bewegungen der Schaltwelle (3) aufnimmt.

11. Stelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (11) im Fall einer achsenparallelen Anordnung zur Schaltwelle (3) über ein Verbindungselement (32) mit dem Gelenk (26) verbunden ist.

12. Stelleinrichtung, insbesondere für die Betätigung einer Schaltwelle eines Schaltgetriebes für Kraftfahrzeuge, wobei zumindestens eine Stelleinheit zur Einleitung einer sensorisch überwachbaren Rotations- und Translationsbewegung auf die Schaltwelle vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Stelleinheit (7) mit einem Getriebe (59) verbunden ist und über mindestens eine Gelenkverbindung mit der Schaltwelle in Wirkverbindung bringbar ist.

13. Stelleinrichtung nach Anspruch 1 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Getriebe (59) die Translations- und Rotationsbewegungen phasenverschoben auf die Schaltwelle (3) übertragen werden.