DE19655083B4

DE19655083B4 - Betätigungsvorrichtung

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Publication number: DE19655083B4
Application number: DE19655083A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr. Reik; Norbert Esly
Original assignee: LuK GS Verwaltungs GmbH and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 1995-07-12
Filing date: 1996-07-11
Publication date: 2010-12-23
Anticipated expiration: 2016-07-12
Also published as: ITMI961440A1; GB2308874A; JPH10508367A; DE19627980A1; CN1094098C; US6439362B2; GB9705144D0; WO1997002963A2; RU2219077C2; CN1198133A; DE19680550D2; US6230862B1; GB2308874B; MX9701889A; ITMI961440A0; KR100569940B1; FR2736594B1; KR970705482A; IT1283429B1; US20010006921A1

Abstract

Betätigungsvorrichtung für Kraftfahrzeuge mit einem Motor, einem Drehmomentübertragungssystem, und einem Getriebe, das Drehmomentübertragungssystem weist ein erstes Mittel zum Ein- und/oder zum Ausrücken oder zum Ansteuern des von dem Drehmomentübertragungssystem übertragbaren Drehmomentes auf, das Getriebe weist zumindest ein zweites Mittel zur Ansteuerung des Schaltvorganges innerhalb von Schaltgassen und ein drittes Mittel zur Ansteuerung des Wählvorganges zwischen den Schaltgassen auf, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Aktoren von einem elektronischen Steuergerät angesteuert werden, wobei ein erster Aktor zwei Mittel der drei Mittel zur Ansteuerung des Kupplungsbetätigungs-, Schalt- und/oder Wählvorganges gezielt betätigt und wobei ein zweiter Aktor das vom ersten Aktor nicht betätigte dritte Mittel der drei Mittel sowie eines der vom ersten Aktor betätigten Mittel zur Ansteuerung des Kupplungsbetätigungs-, Schalt- und/oder Wählvorganges gezielt betätigt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Betätigungsvorrichtung für Kraftfahrzeuge mit einem Motor, einem Drehmomentübertragungssystem, wie Reibungskupplung, und einem Getriebe, wie beispielsweise Schaltgetriebe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Solche Betätigungsvorrichtungen zum Zwecke der automatisierten Betätigung von Getriebe und/oder Kupplung bieten den Vorteil eines komfortablen Schalt- und/oder Kupplungsvorganges, der vom Fahrer des Fahrzeuges, wie insbesondere Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, initiiert werden kann, oder aber aufgrund eines implementierten Programmes selbsttätig aufgrund der Betriebsbedingungen und Betriebszustandsgrößen eingeleitet wird.
Solche Betätigungsvorrichtungen sind zur automatisierten Betätigung des Schalt- und des Wählvorganges eines Schaltgetriebes bekannt geworden.
Diese Betätigungsvorrichtungen welche insbesondere die Schalt- und Wählbetätigung automatisieren, weisen für die Schalt- als auch die Wählrichtung jeweils einen Aktor, wie Hydraulikzylinder, auf, so daß eine Betätigung in Schalt- bzw. in Wählrichtung unabhängig voneinander erfolgen kann.
Weiterhin ist bei automatisierten Schaltungen ein weiterer Aktor zur Betätigung der Kupplung notwendig, was insgesamt für jede Betätigungsfunktion einen eigenen Aktor notwendig macht.
Weiterhin ist eine Betätigungsvorrichtung der oben genannten Art bekannt geworden, welche die Betätigung der Schalt- und Wählvorgänge über Schaltwalzen durchführt. Derartige Schaltwalzen sind innerhalb des Getriebes angeordnet.
Zur gezielten Ansteuerung des Getriebes kann es zweckmäßig sein, wenn bei einem automatisierten Schaltvorgang der Übersetzungsstufen des Getriebes Schutzfunktionen berücksichtigt werden. Solche Funktionen schützen beispielsweise das Getriebe und/oder die Betätigungsvorrichtung vor einer Beschädigung, falls ein Fehler in der Betätigung oder beispielsweise beim Einspuren von Verzahnungen auftritt.
Weiterhin kann es zweckmäßig sein, wenn das oben genannte Drehmomentübertragungssystem beispielsweise nach der Methode der Momentennachführung angesteuert wird. Die Methode der Momentennachführung bestimmt das angesteuerte übertragbare Drehmoment im wesentlichen nach dem anstehenden Motormoment, wobei das übertragbare Drehmoment, wie Kupplungsmoment, im Bereich gewisser vorgebbarer Toleranzen oder Grenzen unter, um oder über dem aktuell anliegenden Motormoment liegt.
Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, derartige Vorrichtungen zu schaffen, welche mit einem geringen Teileaufwand und Materialaufwand hergestellt sind und in einfacher Art und Weise zur automatisierten Schalt-, Wähl- und/oder Kupplungsbetätigung an ein Getriebe oder eine Kupplungsglocke angebaut werden können.
Die vorliegende Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Betätigungsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Hierbei werden zwei Aktoren von einem elektronischen Steuergerät angesteuert werden, wobei ein erster Aktor zwei Mittel der drei Mittel zur Ansteuerung des Kupplungsbetätigungs-, Schalt- und/oder Wählvorganges gezielt betätigt und ein zweiter Aktor zwei Mittel der drei Mittel zur Ansteuerung des Kupplungsbetätigungs-, Schalt- und/oder Wählvorganges gezielt betätigt.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn der erste Aktor die Mittel zum Kuppeln und Wählen betätigt und der zweite Aktor die Mittel zum Kuppeln und Schalten betätigt.
Ebenso ist es vorteilhaft, wenn der erste Aktor die Mittel zum Schalten und Wählen betätigt und der zweite Aktor die Mittel zum Kuppeln und Schalten betätigt.
Weiterhin ist es weiterhin vorteilhaft, wenn der erste Aktor die Mittel zum Kuppeln und Wählen betätigt und der zweite Aktor die Mittel zum Schalten und Wählen betätigt.
Die Erfindung wird anhand mehrerer Ausführungsbeispiele erläutert. Dabei zeigt:
1 eine Schnittzeichnung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
2a–2c einen Aktor im Schnitt,
3 eine Schaltkulisse,
4 eine schematische Zeichnung der Ansteuerung von Kupplung und Getriebe als Funktion des Betätigungsweges,
5a–5b eine schematische Zeichnung der Ansteuerung von Kupplung und Getriebe als Funktion des Betätigungsweges,
6 einen Schnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
7 einen Schnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
8 eine schematische Darstellung von Betätigungsfunktionen von Kupplung und Getriebe als Funktion der Aktorbetätigung und
9 eine schematische Darstellung von Betätigungsfunktionen von Kupplung und Getriebe als Funktion der Aktorbetätigung.
10 eine Darstellung einer Betätigungsvorrichtung und eines Getriebes und eines Drehmomentübertragungssystemes,
10a einen Ausschnitt aus 10,
11 eine Darstellung einer Betätigungsvorrichtung und eines Getriebes und eines Drehmomentübertragungssystemes,
11a einen Ausschnitt aus 11,
12a eine schematische Darstellung einer Betätigungsvorrichtung,
12b einen Schnitt der 12a,
13a eine schematische Darstellung einer Betätigungsvorrichtung,
13b eine schematische Darstellung einer Betätigungsvorrichtung,
13c eine schematische Darstellung einer Betätigungsvorrichtung,
13d eine schematische Darstellung einer Betätigungsvorrichtung,
13e eine schematische Darstellung einer Betätigungsvorrichtung,
13f eine schematische Darstellung einer Betätigungsvorrichtung,
14a eine Darstellung eines Getriebes mit Betätigungsvorrichtung,
14b eine Darstellung eines Getriebes mit Betätigungsvorrichtung,
15 ein Diagramm,
16a bis 16c Blockschaltbilder,
17a bis 17d Schaltkulissen,
18 ein Diagramm,
19 eine Teilansicht eines Getriebes,
20a eine Schaltkulisse,
20b eine schematische Darstellung eines Elementes eines Getriebes,
20c eine schematische Darstellung eines Elementes eines Getriebes,
21a eine Schaltkulisse,
21b eine schematische Darstellung eines Elementes eines Getriebes,
21c eine schematische Darstellung eines Elementes eines Getriebes,
22a bis 25b Diagramme,
26 eine Betätigungsvorrichtung,
27 eine Betätigungsvorrichtung,
28 eine Betätigungsvorrichtung,
29 eine Betätigungsvorrichtung,
30 eine Betätigungsvorrichtung und
31 eine Betätigungsvorrichtung.
Die 1 zeigt ein mehrteiliges Schwungrad 1 mit einer primärseitigen Schwungmasse 2 und einer sekundärseitigen Schwungmasse 3 sowie einem im Kraftfluß zwischen der primär- und sekundärseitigen Schwungmasse angeordneten Torsionsschwingungsdämpfer 4. Auf der Sekundärseite 3 des Schwungrades ist eine Kupplung 5, wie Reibungskupplung, drehfest angeordnet, wie beispielsweise vernietet oder verschraubt oder verschweißt, mit einer Tellerfeder 6, einer Druckplatte 7 und einer Kupplungsscheibe 8 mit Reibbelägen 9.
Das eingangsseitig anstehende Drehmoment von beispielsweise einer Brennkraftmaschine wird im Kraftfluß von der Primärseite des geteilten Schwungrades 2 über den Torsionsschwingungsdämpfer 4 an das sekundärseitige Schwungrad 3 sowie an die Druckplatte 7 der Kupplung 5 weitergeleitet, wobei die in Reibkontakt stehenden Reibbeläge 9 das Drehmoment über die Kupplungsscheibe 8 an ein Eingangsteil 12, wie Getriebeeingangswelle, eines nachgeordneten Getriebes übertragen.
Die Tellerfeder wird zum Ein- oder Ausrücken bzw. zum Ansteuern des von dem Drehmomentübertragungssystem übertragbaren Drehmomentes im Bereich der Tellerfederzungen axial beaufschlagt, so daß die Druckplatte 7 von den Reibbelägen 9 abhebt und diese freigeben kann. Die Tellerfederzungen 13 werden in einem radial inneren Bereich von einem Ausrücklager 14 beaufschlagt, welches durch eine Ausrückgabel 15 betätigt wird. Die Ausrückgabel 15 ist an einer Lagerstelle 16 verkippbar oder schwenkbar gelagert und beaufschlagt das Ausrücklager, wobei im Bereich 17 die Ausrückgabel 15 mittels eines Aktors 20 betätigt oder angesteuert wird.
Der Aktor 20 weist einen Elektromotor 21 und ein Schneckenradgetriebe mit Schnecke und Schneckenrad 22 auf, wobei eine Kurvenscheibe 23 koaxial zu dem Schneckenrad 22 angeordnet ist. Das Schnekenrad 22 und die Kurvenscheibe 23 können auch einteilig ausgebildet sein, wobei im radial inneren Bereich ein Aufnahmebereich für eine Welle 24 vorgesehen ist.
Die Ausrückgabel 15 weist im Bereich 17 einen Aufnahmebereich vor, welcher mit einem Zapfen 25 verbunden ist, welcher gegen die Kurvenscheibe 23 beaufschlagt ist. Die Beaufschlagung der Ausrückgabel gegen die Kurvenscheibe 23 erfolgt aufgrund der Tellerfedervorspannung der Tellerfeder 6. Der Zapfen 25 kann in den Endbereich 17 der Ausrückgabel eingenietet, eingeschweißt, verstemmt oder verklebt sein oder mit diesem einteilig ausgebildet sein, wobei in dem Bereich der Anlage des Zapfens an der Kurvenscheibe ein aus Gleitmaterial bestehender Überzug oder Mantel ausgebildet sein kann.
Das Schneckenrad 22 kann mit der Kurvenscheibe 23 einteilig ausgebildet sein oder beide Teile sind miteinander verbunden. Vorteilhaft ist es dabei insbesondere, wenn das Schneckenrad 22 einteilig mit der Kurvenscheibe als Kunststoffteil, insbesondere als Spritzgußteil, ausgebildet ist. Vorteilhaft kann es auch sein, wenn das Schneckenrad aus Metall gefertigt ist und die Kurvenscheibe 23 aus Metall oder Kunststoff hergestellt ist.
Der Aktor 20 mit Elektromotor 21 kann von außerhalb der Getriebeglocke angeordnet sein, wobei die Mechankik über eine Öffnung in den Raum der Getriebeglocke eingreift und sowohl die Kupplung als auch die Schalt-/Wähl-Welle ansteuert. Das Übersetzungsgetriebe des Aktors kann ebenfalls außerhalb der Getriebeglocke angeordnet sein, wobei in diesem Fall eine Ansteuerung von Ausrückgabel und/oder Schalt-/Wähl-Welle über je ein Gestänge erfolgen würde.
Weiterhin ist in 1 die Schalt-/Wähl-Welle, wie Schaltstange 30, des Getriebes zu erkennen, welche eine Verzahnung 31 im axial vorderen Bereich 31a aufweist, wobei in diese Verzahnung 31 eine Gegenverzahnung einer Klaue 32 eingreift, die über ein im wesentlichen Malteserschrittwerksgetriebe oder eine Kurvenscheibe die axiale Verstellung der Schalt-/Wähl-Welle 30 bewirkt.
Die 2a bis 2c zeigen die erfindungsgemäße Betätigungsvorrichtung im Schnitt, wobei man den Elektromotor 21, die Motorwelle 40 und die Schnecke 41 erkennt. Weiterhin existiert eine Lagerung 42 der Welle 40 des Elektromotors 21. Das Schnekenrad 22 wird von der Schnecke 41 gekämmt und ist mittels einer Achse 24 drehbar gelagert.
Die um die Welle 24 drehbar gelagerte Kurvenscheibe 23 weist einen Bereich 23a auf, welcher den geringsten Radius besitzt, sowie einen Bereich 23b, welcher den größten Radius besitzt. Zwischen den Bereichen 23a und 23b nimmt der Radius im wesentlichen kontinuierlich zu.
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die Kurvenscheibe 23 zwischen den Bereichen 23a und 23b auch Bereiche aufweisen, welche mit einem konstanten Radius ausgebildet sind. Solche Bereiche könnten beispielsweise im Neutralgang des Getriebes benötigt werden.
Der Zapfen 25 eventuell mit einer Mantelschicht 26 versehen, welcher an der Ausrückgabel 15 befestigt ist, wird wie in der 2a dargestellt, gegen die Kurvenscheibe 23 beaufschlagt. In der 2a kommt der Zapfen 25 im Bereich 23a der Kurvenscheibe 23 zur Anlage. In diesem Bereich 23a der Kurvenscheibe, bei gedrückter Kupplung, ist die Kupplung eingerückt. Bei einer gezogenen Kupplung ist ein solcher Mechanismus mit Zwangsführung anwendbar.
Gleichzeitig erkennt man in 2a den Zapfen 45, Welcher drehfest mit der Kurvenscheibe 23 oder mit dem Schneckenzahnrad 22 verbunden ist. Dieser Zapfen 45 kann bei einer Verdrehung der Kurvenscheibe in die Klaue 46 des Schwenkarmes 47 eingreifen, wobei der Schwenkarm oder Schwinge 47 um die Welle 48 verdrehbar angeordnet ist. Am unter Randbereich der Schwinge 47 ist eine Verzahnung 49 angeordnet oder eingearbeitet, welche in eine Verzahnung 50 der Schalt-/ oder Wähl-Welle 51 eingreift. Bei Verschwenkung der Schwinge 47 um die Drehachse 48 wird gleichzeitig die Schaltstange 51 in axialer Richtung bewegt.
Die Schwinge 47 stellt eine einfache Form eines Malteserschrittwerksgetriebes dar, bei welchem nur eine Klaue oder Öffnung 46 vorhanden ist. Der Zapfen 45 greift in die Klaue 46 ein und verdreht die Klaue bzw. die Schwinge 47, bevor er wieder aus der Klaue herausschwenkt.
Die Position der Schwinge 47 in 2a entspricht einer Endposition der Schaltstange 51 in einer Schaltgasse des Getriebes. Die 2b zeigt im Vergleich zu der 2a eine Position der Kurvenscheibe bzw. des Schneckenzahnrades 22, 23, welche um einen Winkelbetrag verdreht ist, so daß der Zapfen 25 in einem Bereich 23b mit maximalem Radius zur Anlage kommt und durch die dadurch verursachte Verschwenkung der Ausrückgabel die Kupplung geöffnet ist. Weiterhin beginnt der Zapfen 45 in die Klaue 46 der Schwinge 47 einzugreifen. Die Position der Schwinge 47 als auch der Schaltwelle 51 ist im Vergleich zu 2a im wesentlichen unverändert.
Die 2c zeigt eine im Vergleich zur 2b wiederum um einen Winkelbetrag verdrehte Kurvenscheibe 23 bzw. ein Schnekenzahnrad 22. Die Kupplung ist weiterhin ausgerückt, was dadurch zu erkennen ist, daß der Zapfen 25 weiterhin die Kurvenscheibe in einem Bereich 23b mit großem Radius beaufschlagt und somit die Ausrückgabel weiterhin in einer Position gehalten wird, welche die Kupplung ausgerückt hält. Die Verdrehung der Kurvenscheibe mit dem Zapfen 45 hat ein Verschwenken der Klaue 46 und der Schwinge 47 bewirkt, so daß die Schaltstange 51 des Getriebes über die Verzahnung 49, 50 axial verlagert wurde und die Schaltstange sich in 2c in der zweiten Endposition befindet. Die Position der Schaltstange in 2a bzw. 2b kann beispielsweise einer Position eines ersten Ganges entsprechen, wobei die Schaltstange in der 2c in einer Position entsprechend einer Position beispielsweise des zweiten Ganges ist.
Ausgehend von der 2c bewirkt eine Verdrehung der Kurvenscheibe 23 um die Rotationsachse 24 im Gegenuhrzeigersinn wiederum ein Schließen oder Einrücken der Reibungskupplung, wobei keine Schaltbewegung durchgeführt wird.
Die 3 zeigt eine Schaltkulisse eines Schaltgetriebes, wobei die Schaltgassen 50a, 50b, 50c durch die Wählwege 51a und 51b miteinander verbunden sind. Die Gänge 1, 3 und 5 liegen in den Schaltgassen vorne, wobei die Gänge 2, 4 und R in den Schaltgassen hinten liegen und im Zwischenbereich des Wählweges der Neutralbereich angeordnet ist.
Die 4 zeigt ein Ablaufschema eines Aktors bzw. einer Vorrichtung zur Betätigung eines Schaltgetriebes und einer Kupplung, wie beispielsweise nach den 1 bis 2c. Über dem Betätigungsweg des Aktors ist schematisch die Position bzw. der Einrückzustand der Kupplung als auch die Position der Schalt-/Wähl-Welle im Schaltweg der Schaltkulisse dargestellt. Die Kurve 60 zeigt den Zustand der Kupplung, wobei bei einem Betätigungsweg bzw. einer Betätigungsposition des Aktors 61 die Kupplung geschlossen bzw. eingerückt ist. Bei einer Betätigung des Aktors vom Betätigungsweg 61 auf den Betätigungsweg 62 wird die Kupplung entsprechend des Ausführungbeispieles nach dem Verlauf der Kurve 60 ausgerückt. Weiterhin können Variationen entsprechend der Kurven 60a bzw. 60b realisiert werden. Weiterhin sind auch andere Ausrückfunktionen als Funktion des Betätigungsweges möglich.
Bei einer Betätigung des Aktors von dem Betätigungsweg bzw. von der Position 62 zur Position 63 insbesondere bis zur Position 68 erfolgt keine Änderung im Ausrückzustand der Kupplung, wobei im Bereich von Position 68 bis zur Position 69 die Kupplung entsprechend der Kurvenverläufe 60, 60a und 60b oder einem anderen Kurvenverlauf wieder eingerückt wird bzw. werden kann.
Die Kurve 70 zeigt den Verlauf der Position beispielsweise der Schaltstange in einer der bzw. den Schaltgassen 50a bis 50c der Schaltkulisse des Getriebes, wobei der Wert 71 einer Position entsprechend einem zweiten, vierten oder Rückwärtsgang (2, 4, R) entspricht und die Position 72 dem Neutralbereich entspricht, wobei die Position 73 einer Position entsprechend den Gängen 1, 3 oder 5 entspricht.
Bei einer Betätigung des Aktors im Bereich der Positionen 61 bis 63 befindet sich die Schaltung im Bereich der Gänge 2, 4, R. Im Bereich des Betätigungsweges 63 bis 64 wird die Schaltstange 51 derart bewegt, daß sie sich im neutralen Bereich befindet. Im Betätigungsweg zwischen Position 64 und im wesentlichen 66 und bei einem Betätigungsweg zwischen den Positionen 66 und 67 wird die Schaltstange in Richtung auf die Gänge 1, 3, 5 bewegt. Bei einem Betätigungsweg ab der Position 67 ist ein Gang der Gänge 1, 3, 5 eingelegt.
Die 4 zeigt im Bereich zwischen der Position 62 und 63 einen Betätigungsweg bei welchem die Kupplung schon voll ausgerückt ist und der Schaltvorgang noch nicht eingeleitet ist.
Die 5a zeigt einen Ausschnitt des Diagrammes nach 4, wobei im unteren Abschnitt der Betätigungsweg der Kupplung zwischen dem eingerückten und ausgerückten Zustand dargestellt ist und im oberen Diagramm die Position des Schaltweges in den Schaltgassen der Schaltkulisse dargestellt ist. Zwischen der Position 80 und der Position 81 ist die Kupplung eingerückt, wobei die Kurve 90, welche den Einrückzustand der Kupplung repräsentiert, auf gleichem Niveau ist. Bei der Position 81 wird der Ausrückvorgang gestartet, welcher bei der Position 82 beendet ist und somit die Kurve 90 der Position 82 als Funktion des Betätigungsweges auf gleichem Niveau bleibt. Die Kurve 91, welche den Schaltvorgang bzw. den Schaltweg repräsentiert, befindet sich vom Zeitpunkt 80 bis zum Zeitpunkt 82 im Bereich der Gänge 2, 4, R und bei einem Betätigungsweg bei der Position 82 wird ein Schaltvorgang eingeleitet, welcher bei der Position 83 im Neutralbereich befindlich ist. Zum Zeitpunkt 82 ist sowohl der Ausrückvorgang beendet, als auch der Schaltvorgang initiiert bzw. gestartet. Somit ist in 5a eine Betätigung realisiert, welche vergleichbar mit der Betätigung der 4 ist, wobei die Positionen 62 und 63 der 4, welche beabstandet sind, in der 5a auf eine Position zusammenfallen, wie beispielsweise auf die Position 82.
Die 5b zeigt ein Betätigungsverhalten entsprechend der 4 und 5a, wobei die Kupplung im Bereich zwischen den Positionen 84 und 85 eingerückt ist und im Bereich der Positionen zwischen 85 und 86 ausgerückt wird, und ab der Position 86 die Kupplung voll ausgerückt ist. Der Schaltvorgang wird bei der Position 87 initiiert und endet bei der Position 88 vorerst im neutralen Bereich. In der 5b ist deutlich zu erkennen, daß die Position 87 vor der Position 86 erreicht wird und somit der Schaltvorgang initiiert oder begonnen wird, bevor die Kupplung vollständig ausgerückt ist.
Die 5a und 5b zeigen jeweils nur einen Ausschnitt der Betätigung des Schaltvorganges und des Kupplungs-Betätigungsvorganges, wobei das Verhalten bei einem abgeschlossenen Schaltvorgang und einem abgeschlossenen Kupplungs-Betätigungsvorganges entsprechend der 4, 5a oder 5b angesteuert werden kann.
Durch die drehfeste Verbindung zwischen dem Schneckenrad 22 des Ausführungsbeispieles und der Kurvenscheibe 23 wird aufgrund der Ansteuerung des Elektromotors 20 sowohl die Kupplung über die Kurvenscheibe als auch die Schaltbewegung über den Zapfen 45 und die Schwinge 47 angesteuert. Die relative Lage und die Ausgestaltung zwischen dem Zapfen 45 und der Kurvenscheibe 23 bestimmt die Korrelation zwischen dem Kupplungs-Betätigungsvorgang, d. h. die Funktion zwischen Betätigungsweg und Einrückzustand, als auch den Schaltvorgang als Funktion des Betätigungsweges. Je nach Ausgestaltung des Aktors kann eine Ansteuerung als Funktion des Betätigungsweges nach 4, 5a oder 5b realisiert sein, wobei mit der Ausgestaltung die Funktion der Kupplungsbetätigung und der Schaltbetätigung als Funktion des Betätigungsweges festgelegt ist.
Entsprechend der Ausgestaltung der 1 und 2a bis 2c kann über die Schwinge 47 und den Zapfen 45, wie beispielsweise Malteserschrittwerksgetriebe, auch der Wählweg innerhalb der Schaltkulisse betätigt oder angesteuert werden.
Demzufolge würde bei einer Betätigung der Kupplung und des Wählweges mit einem Aktor beispielsweise die Schaltstange 51 in Umfangsrichtung verdreht bzw. betätigt werden, wobei die Betätigung in axialer Richtung, d. h. in Schaltrichtung, von der Ansteuerung des Wählweges unabhängig ist.
Die 6 zeigt eine Ansicht des Aktors 100 zur Betätigung der Kupplung als auch zur Betätigung des Schaltvorganges sowie eines weiteren Aktors 101 zur Betätigung des Wählvorganges. Die Motorausgangswelle des Elektromotors 110 treibt eine Schnecke 111 an, welche ein Schneckenrad 112 antreibt. Das Schneckenrad 112 ist mit einer Kurvenscheibe 113 drehfest verbunden oder einteilig ausgestaltet, wobei das Schneckenrad 112 und die Kurvenscheibe 113 mittels einer Welle 114 drehbar gelagert sind. Die Ausrückgabel 115, welche in Punkt 115a verschwenkbar gelagert das Ausrücklager der Kupplung betätigen kann, ist über einen Zapfen 116 gegen die Kurvenscheibe beaufschlagt, wobei die Tellerfedervorspannung diese Beaufschlagung verursacht.
Ein Drehen der Kurvenscheibe verursacht eine Schwenkbewegung der Ausrückgabel 115, welche die Kupplung ein- und/oder ausrückt.
Weiterhin wird eine Verkippung der Schwinge 117 wie in den Ausführungsbeispielen der 1, 2a bis 2c eine axiale Bewegung der Schaltstange 118 verursacht, wobei der Schaltvorgang innerhalb der Schaltgassen der Schaltkulisse angesteuert wird. Die 6 zeigt weiterhin einen weiteren Aktor 101, welcher die Ansteuerung des Wählvorganges vornimmt, wobei der Aktor 101 im wesentlichen aus einem Elektromotor 120 mit einer Motorausgangswelle 121 und einer Gewindemuffe 122 besteht, wobei unter Drehung der Motorwelle die Gewindemuffe 122 axial verschoben wird und ein Betätigungselement 123 koaxial zur Schaltstange verdrehbar betätigt wird. Durch die Verdrehung des Betätigungselements 123 wird die Wählbewegung in Form einer Verdrehung der Schaltstange durchgeführt.
Das Ausführungsbeispiel der 6 zeigt somit einen Aktor 100, welcher bei einer Betätigung zuerst die Kupplung ausrückt, anschließend einen Schaltvorgang in den Neutralbereich durchführt, wobei daraufhin mittels des Aktors 101 die Schaltgasse mittels des Wählvorganges gewechselt werden kann, bevor ein weiterer Schaltvorgang in den einzulegenden Gang schaltet und daraufhin die Kupplung wieder geschlossen wird.
Das Aktorsystem besteht somit aus zwei Aktoren, wobei ein Aktor die Schalt- und Kuppelfunktion übernimmt, bzw. diese betätigt, und ein zweiter Aktor die Wählfunktion übernimmt oder betätigt. Eine solche Anordnung führt zu einem automatisierten Schalt- und Kuppelvorgang ohne sequentielle Betätigung, d. h. es ist jederzeit möglich, von einem momentan eingelegten Gang in einen beliebigen nächsten Gang zu schalten.
Das Aktorsystem bzw. die Betätigungsvorrichtung nach 6 kann innerhalb der Getriebeglocke oder außerhalb der Getriebeglocke angeordnet sein. Eine solche Betätigungsvorrichtung könnte an ein herkömmliches Handschaltgetriebe angeschlossen werden, so daß eine Gangwahl per manueller Wähl-/Schaltbewegung mittels des Wählhebels entfallen würde.
Die 7 zeigt eine Betätigungsvorrichtung zur Betätigung des Wähl- und des Schaltweges in sequentieller Art. Ein Elektromotor 200 treibt über eine Welle 201 eine Schnecke 202 an, welche ein Schneckenrad 203 kämmt und dadurch in eine Drehbewegung versetzt, wobei das Schneckenradgetriebe die Drehbewegung des Motors untersetzt. Koaxial zu dem Schnekenrad 203 ist eine Kurvenscheibe 204 angeordnet, wobei sich das Schneckenrad 203 und die Kurvenscheibe 204 um die Welle bzw. Achse 205 drehen. Die Kurvenscheibe 204 weist einen Bereich mit minimalem Radius 204a auf und einen Bereich mit maximalen Radius 204b auf, wobei sich die Bereiche 204a und 204b in diesem Ausführungsbeispiel gegenüberliegen. Andere Ausgestaltungen der Kurvenscheibe können auch vorsehen, daß die Kurvenscheibe beispielsweise zwei oder mehr Bereiche mit minimalem Radius und zwei oder mehr Bereiche mit maximalem Radius aufweist. Weiterhin ist mit der Kurvenscheibe 204 ein in axialer Richtung hervorstehender Zapfen 206 drehfest angeordnet. Die Vorrichtung umfaßt weiterhin ein Malteserschrittwerksgetriebe 207, welches durch eine Scheibe mit darin eingearbeiteten Raststellungen oder Öffnungen 208 sowie den Zapfen 206, welcher in die Raststellungen 208 eingreift. Bei Verdrehung der Kurvenscheibe um die Achse 205 wird die Scheibe 207 um die Achse 209 gedreht, so lange bis der Zapfen 206 in die Raststellung 208 eingreift.
Bei einer Drehbewegung der Kurvenscheibe mit dem axial ausgerichteten Zapfen 206 wird die Scheibe 207 so lange weitergedreht, bis der Zapfen 206 aus der Raststellung 208 heraustritt. Bei einer weiteren Drehung der Kurvenscheibe bleibt die Scheibe 207 stehen, bis die Kurvenscheibe so weit verdreht wurde, daß der Zapfen 206 in die nächste Raststellung eingreifen kann. Durch die Ausgestaltung der Kurvenscheibe und des Malteserschrittwerksgetriebes dreht sich die Scheibe 207 pro Umdrehung der Kurvenscheibe nur um den Winkelbetrag zwischen je zwei Raststellungen, d. h. in diesem Ausführungsbeispiel um jeweils 90 Grad. Entsprechend wird nun über die Kurvenscheibe 203 sowie über die Scheibe 207 des Malteserschrittwerksgetriebes 207 die Schalt- bzw. Wählbewegung angesteuert, um eine sequentielle Betätigung des Schaltgetriebes zu ermöglichen.
Bei einer Umdrehung des Schneckenrades 203 dreht sich die Kurvenscheibe ebenfalls einmal um die Achse 205. Dies bewirkt, daß ein an die Kontur der Kurvenscheibe angelenkter Hebel eine Nickbewegung hin und zurück durchführt. Gleichzeitig wird die Scheibe 207 um 80° weitergedreht.
Die Schalt-/Wählwelle 210 des Getriebes kann in Umfangsrichtung über den Hebel 211 verdreht werden und in axialer Richtung über den Hebel 212 betätigt werden. Die Drehung der Schalt-/Wählwelle 210 über den Hebel 211 erfolgt über die Anlage des Hebels 211 im Bereich 213 an der Kurvenscheibe 204, wobei sich der Bereich 213 des Hebels 211 im wesentlichen am Außenrand der Kurvenscheibe 204 abstützt bzw. diesen beaufschlagt. Bei einer Verdrehung der Kurvenscheibe kommt der Bereich 213 des Hebels 211 jeweils an einem anderen Bereich des Umfanges der Kurvenscheibe zur Anlage, und da die Kurvenscheibe jeweils einen orts- bzw. winkelabhängigen Radius aufweist, wird der Hebel 211 in Abhängigkeit der Winkelstellung der Kurvenscheibe verschwenkt. In diesem Ausführungsbeispiel der 7 gelangt der Bereich 213, welcher gleitend oder abwälzend ausgebildet sein kann, bei einer Umdrehung der Kurvenscheibe 204 jeweils einmal in einen Bereich mit minimalem Radius 204a und einmal an einen Bereich 204b mit maximalem Radius.
Die Verschwenkung der Schalt-/Wählwelle in axialer Richtung mittels des Hebels 212 erfolgt derart, daß der Hebel 212 im Bereich 215 drehbar gelagert ist und im Bereich 216 einen Abwälzbereich 217 aufweist, welcher an einer axialen Hubkurve auf der Malteserkreuzscheibe 207 entlanggleitet oder abrollt, so daß über die Drehbewegung der Malteserkreuzscheibe eine axiale Bewegung der Schalt-/Wählwelle angesteuert wird.
Die 8 zeigt schematisch die Stellung der Schalt-/Wähl-Welle bzw. die Ansteuerung beim Schalten und Wählen in Abhängigkeit der Aktorbetätigung. Die Kurve 250 zeigt die Position bzw. die Stellung der Schalt-/Wähl-Welle in Wählrichtung, wobei die Wählfunktion die Einstellung der Schalt-/Wähl-Welle in die jeweilige Schaltgasse 1, 2, 3 festlegt.
Die Kurve 251 repräsentiert die Stellung bzw. die Position der Schalt-/Wähl-Welle in Schaltrichtung, d. h. innerhalb einer beliebigen Schaltgasse nach vorn in Richtung der Gänge 1, 3, 5, bzw. in Neutralstellung in mittleren Bereich oder nach hinten in Richtung der Gänge 2, 4, R, entsprechend der 3. Die Schaltstellung 1 repräsentiert die Schaltung nach vorn, die Schaltstellung 2 die Schaltung nach hinten.
An der Darstellung der Kurve 251 erkennt man, daß die Schaltfunktion periodisch ist. Der Schaltverlauf kann periodisch sein, sofern die abwechselnde Lage von vorn – hinten der Schaltreihenfolge entspricht, siehe 3. Dies betrifft die Positionsfolge neutral-Gang (vorn) – neutral-Gang (hinten) (in der gleichen Gasse) – neutral-Gassenwechsel in neutral.
Ausgehend vom ersten Gang, welcher in der Schaltgasse 1 vorne angeordnet eingelegt ist (siehe 3), bewegt sich nun die Kurvenscheibe 204 so, daß der Hebel 211 sich bewegt und die Schalt-/Wahlwelle von der Position des ersten Ganges in die Position neutral der Schaltgasse 1, siehe Kurve 50a der 3, gelangt. Der Bereich um neutral, siehe Bereich 253, bleibt aus Symmetriegründen erhalten, obwohl bei dem Schaltvorgang von dem ersten in den zweiten Gang kein Schaltgassenwechsel, d. h. kein Wählvorgang, stattfindet. Bei einer weiteren Drehung der Kurvenscheibe 204 gelangt der Bereich 213 des Hebels 211 in den Bereich 204a, dem Bereich des kleinsten Radius der Kurvenscheibe. Ausgehend wiederum vom ersten Gang und einer beabsichtigten Gangwechselbewegung von dem ersten in den Rückwärtsgang dreht sich die Kurvenscheibe entsprechend in die entgegengesetzte Richtung im Vergleich zu dem Gangwechsel vom ersten Gang in den zweiten Gang.
Ein Gangwechsel vom zweiten Gang in den dritten Gang ist mit einem Wählvorgang, d. h. mit einem Wechsel der Schaltgasse verbunden.
Die Stellung der Kurvenscheibe 20 bei Position 254 (d. h. 2. Gang) wird durch eine Drehbewegung verändert. Somit wird der zweite Gang herausgenommen und in neutral eingestellt. Bei dem Erreichen von der Neutralposition wird das Malteserschrittwerksgetriebe verdreht und über die im Bereich 217 angeformte axiale Hubkurve wird über den Hebel 212 die Schalt-/Wähl-Welle 210 betätigt und die Gasse gewechselt, bevor die weitere Drehung der Kurvenscheibe 204 den 3. Gang einlegt.
Ein Gangwechsel vom 3. Gang in den 4. Gang entspricht dem Gangwechsel 1. → 2. Gang. Ein Gangwechsel 4. → 5. Gang ist quasi äquivalent zu dem Gangwechsel 2. → 3. Gang oder jeweils in umgekehrter Richtung.
Ein Getriebe bzw. eine Aktorik, welche neben dem Schalt- und Wählvorgang auch die Kupplung ansteuert, muß derart ausgestaltet sein, daß die Kurve 250 und 251 im wesentlichen beibehalten werden, wobei die Kupplungsfunktion Öffnen – Schließen bei jedem angelegtem Gang erfolgen können muß. Somit sind Wartezeiten im Bereich der Spitzen der Kurve 251 notwendig, siehe 9 in den Bereichen 300. In diesen Bereichen wird nach der Funktion der Kurve 301 die Kupplung geöffnet bzw. geschlossen. Sobald ein Gangwechsel initiiert wird, öffnet die Kupplung, bevor der Aktor eine Änderung in den Stellung der Schalt-/Wähl-Welle vornimmt.
Die 10 zeigt eine Betätigungsvorrichtung zur Betätigung eines Getriebes, wie zum Schalten und/oder zum Wählen einer Getriebeübersetzung, und/oder eines Drehmomentübertragungssystemes im Antriebsstrang eines nicht dargestellten Fahrzeuges.
Die 10 zeigt eine Betätigungsvorrichtung 400 zur Ansteuerung einer Betätigung eines Drehmomentübertragungssystemes 401 sowie eines Getriebes 402. Das Drehmomentübertragungssystem 401 ist in diesem Ausführungsbeispiel als Reibungskupplung mit einer Kupplungsscheibe 403 mit Reibbelägen 404 ausgestaltet, wobei die Kupplung weiterhin eine Druckplatte 405, einen Kupplungsdeckel 406 sowie einen Kraftspeicher, wie Tellerfeder, 407 aufweist. Mittels eines Betätigungselementes, wie Ausrücklager 408 werden die Tellerfederzungen 409 zum Ein- und/oder Ausrücken des Drehmomentübertragungssystemes, wie Kupplung 401, betätigt. Die Kupplung 401 ist an einem Schwungrad 410 befestigt, welches antriebsseitig beispielsweise mit einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine wirkverbunden ist. Das Schwungrad 410 kann als einteiliges Schwungrad ausgebildet sein oder, wie in der 10 dargestellt als mehrteiliges Schwungrad. Die Kupplung kannauch als Magnetkupplung oder als andere Kupplung ausgestaltet sein.
Ein mehrteiliges Schwungrad weist eine primärseitige Schwungmasse 411 auf, welche mittels der Befestigungsmittel 412 beispielsweise an der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine drehfest befestigt ist. Die Primärschwungmasse 411 weist eine Kammer 413 auf, in welche Kraftspeicher 414 in Umfangsrichtung ausgerichtet aufgenommen sein können. Zwischen die Kraftspeicher greift ein Flansch 415 ein, welcher mit der Sekundärschwungmasse 416 mittels Befestigungsmitteln 417 drehfest verbunden ist. Ausgehend von dem Primärschwungrad 411 wird ein Drehmoment über die Kraftspeicher 414 auf den Flansch 415 und auf das Sekundärschwungrad 416 oder die Sekundärschwungmasse 416 übertragen, von wo das Drehmoment über die Kupplung an die Getriebeeingangswelle 420 übertragen wird. Das Zweimassenschwungrad weist eine Lagerung 421 auf, welche die beiden Schwungmassen zueinander zumindest über einen begrenzten Winkelbereich in Umfangsrichtung bewegbar, jedoch axial fest, lagert. Die Kraftspeicher 414 sind in einem Raumbereich 413 aufgenommen, wobei die Kraftspeicher mittels Schmiermitteln in diesen Bereichen geschmiert aufgenommen sein können. Weiterhin können Torsionsschwingungsdämpfungseinrichtungen 422 vorgesehen sein.
Das Getriebe ist nur in einer teilweisen Darstellung zu erkennen, wobei die Getriebeeingangswelle 420 mit Gangrädern 430, 431, 432 oder 433 verbindbar ist, wobei diese Gangräder wiederum mit nicht dargestellten Zahnrädern eine Getriebeausgangswelle drehfest verbunden sind. Weiterhin erkennt man Schaltmuffen 434 und 435, welche in axialer Richtung verlagerbar sind und eine drehfeste Verbindung zwischen den Gangrädern und der Getriebeeingangswelle, sowie eine Synchronisierung realisieren.
Die Schiebemuffen oder Schaltmuffen sind durch Schaltgabeln 436, 437 in axialer Richtung verlagerbar, wobei die Gabeln mittels einer Führung 438 an einer Führungsstange 439 axial verschiebbar gelagert sind.
In der 10 ist zu erkennen, daß die Schiebemuffe 435 aus der Ruhelage nach links verlagert ist und die Schiebemuffe 434 in ihrer Ruhelage angeordnet ist. Somit verursacht die Schiebemuffe 435 eine drehfeste Verbindung zwischen der Getriebeeingangswelle 420 und dem Gangrad 432, wobei die Gangräder 430, 431 und 433 nicht mit der Getriebeeingangswelle drehfest verbunden sind.
Die Betätigungsvorrichtung 400 weist eine Antriebseinheit, wie einen Elektromotor 450 auf, welcher mittels der Antriebswelle 451 ein Zahnrad 452 antreibt. Das Zahnrad 452 greift mit seiner Verzahnung in die Verzahnung des Außenringes 453 des Ausrücklagermechanismus ein. Der äußere Ring 453 ist in axialer Richtung mittels des Ringes 454 an dem Deckel 406 der Kupplung festgelegt. Der innere Ring 455 des Ausrücklagermechanismus trägt das Ausrücklager 408. Der innere Ring 455 ist über Wälzkörper 456 mit dem äußeren Ring 453 verbunden, wobei bei einer relativen Verdrehung des inneren Ringes gegenüber dem äußeren Ring 455, 453 der innere Ring in axialer Richtung verlagerbar ist. Der Verlagerung des Elementes 455 erfolgt aufgrund von Rampen und Gegenrampeneinrichtungen zwischen dem Element 455 und dem Element 453, wobei der innere Ring 455 im wesentlichen drehfest angeordnet ist. Dadurch kann bei Verdrehung des äußeren Ringes eine axiale Verlagerung des inneren Ringes gezielt angesteuert werden, wobei dadurch das Drehmomentübertragungssystem gezielt betätigbar ist.
Die 10a zeigt diese Ansteuerung des Ausrücklagers 408 in einer Vergrößerung, wobei weiterhin ein axial verschiebliches Element 460 zu erkennen ist, welches beispielsweise mittels der Elektromagnete oder Elektromotoren 461 und 462 verschiebbar ist. Durch die gezielte Ansteuerung der Elektromagnete 461 und 462 kann das Ausrücklager in axialer Richtung derart beaufschlagt werden, daß die Kupplung ausgerückt bleibt, obwohl der Ring 453 verdreht wird und aufgrund der Verdrehung eine Ausrückung der Kupplung nicht erfolgen würde. Zwischen dem Element 455 und dem Ausrücklager 408 sind Wälzkörper 463 angeordnet.
Das Lager 464 lagert die Getriebeeingangswelle 420 gegenüber dem Gehäuse 465.
In der 10 ist weiterhin eine Walze 470 dargestellt, welche mittels der Lager 471 im Gehäuse 465 drehbar gelagert ist. Die Walze 470 wird mittels des Zahnrades 472 angetrieben, wobei das Zahnrad 472 die Verzahnung des Elementes 453 kämmt. Somit wird mittels des Elektromotores 450 und des Zahnrades 452 über das Zahnrad 453 die Walze 470 angetrieben. Die Walze 470 weist Nuten 473 und 474 auf, in welche Ansätze 475 und 476 der Schaltgabeln 473 und 436 eingreifen. Aufgrund der Formen der Nuten in Umfangsrichtung der Walze 470 betrachtet kann bei einer Drehung der Walze eine axiale Verlagerung der Schaltgabeln 436, 437 erfolgen.
Eine Ansteuerung des Elektromotors 450 betätigt somit in sequentieller Reihenfolge das Drehmomentübertragungssystem sowie das Getriebe, wobei jeweils zuerst das Drehmomentübertragungssystem geöffnet wird, anschließend ein Gang herausgenommen wird, das Getriebe in der Neutralstellung ist, und anschließend ein Gang eingelegt werden kann und danach das Drehmomentübertragungssystem wieder geschlossen werden kann. Weiterhin kann zwischen dem Vorgang Gang herausnehmen und dem Vorgang Gang einlegen die Kupplung wieder geschlossen und wieder geöffnet werden. Die Gänge des Getriebes können in sequentieller Reihenfolge 1-2-3-4-5-R oder R-1-2-3-4-5 geschaltet werden.
Mittels eines Hilfsaktors 460 bis 462, wie beispielsweise Elektromagnet, kann ein zwischenzeitliches Schließen und öffnen der Kupplung bei einem Schaltvorgang über mehrere Gänge verhindert werden, wobei bei einem Schaltvorgang beispielsweise von dem fünften Gang in den ersten Gang die Kupplung zuerst geöffnet wird, anschließend ein Schalten von dem fünften Gang über den vierten, dritten und zweiten Gang in den ersten Gang erfolgt und danach die Kupplung gegebenenfalls geschlossen wird. Der Hilfsaktor zum zwischenzeitlichen öffnen der Kupplung während eines sequentiellen Schaltvorganges kann als elektromagnetisch betätigter Aktor oder elektromotorisch betätigter Aktor ausgebildet sein.
Die Nuten 473 und 474 der Schaltwalze 470 sind derart ausgestaltet, daß ein Schalten der Schaltgabel von einem ersten Gang in einen zweiten Gang oder in einen Neutralbereich erfolgen kann. Dies bedeutet, daß pro Schaltgabel eine Nut vorhanden ist, welche ein Schalten zweier Gangräder erlaubt. Bei einem Fünfgang- oder Sechsganggetriebe sind somit drei oder vier vorhandenen Schaltgabeln vorhanden.
Die 11 zeigt eine Betätigungsvorrichtung 500 zur Betätigung eines Drehmomentübertragungssystemes 501 und/oder eines Getriebes 502. Das Getriebe weist Gangräder 503a, 503b, 503c und 503d auf, die mittels der Schiebemuffen 505a und 505b mit der Getriebeeingangswelle 510 wirkverbunden werden können. Dabei werden die Schiebemuffen 505a und 505b mittels der Schaltgabeln 504a und 504b in axialer Richtung betätigt. Diese Betätigung erfolgt über Schaltstangen 506, die beispielsweise von einem Aktor 507 kraftbeaufschlagt werden, wobei der Aktor von einer Steuereinheit 508 angesteuert wird. Der Aktor 507 kann eine Antriebseinheit, wie beispielsweise einen Elektromotor oder eine Vielzahl davon enthalten, wobei weiterhin Getriebe innerhalb des Aktors vorhanden sein können. Die Ansteuerung des Drehmomentübertragungssystemes erfolgt über einen Mechanismus eines Ausrücklagers 520, wie er in der 10 bereits erläutert wurde.
In der 11a ist der Mechanismus 520 noch einmal vergrößert dargestellt, wobei ein äußerer Ring 521 über Wälzkörper 522 und Rampen- und Gegenrampeneinrichtungen mit einem inneren Ring 523 in Wirkverbindung steht. Der äußere Ring 521 ist am Deckel 524 des Drehmomentübertragungssystemes axial fest, jedoch verdrehbar gelagert. Der innere Ring 523 ist mit einem Ausrücklager derart angeordnet, daß es die Tellerfederzungen 525 des Kraftspeichers des Drehmomentübertragungssystemes beaufschlagt. Der äußere Ring 521 weist einen Stift 526 auf, welcher in eine Nut 527 des Gestänges, wie Schaltstange, 506 eingreift.
Die Nut 527 ist derart moduliert ausgebildet, daß eine Drehung in Umfangsrichtung des Ringes 521 bei einer Betätigung einer Schaltstange 506 in axialer Richtung derart erfolgt, daß ein gezieltes Ein- und/oder Ausrücken des Drehmomentübertragungssystemes vor und nach einem Schaltvorgang erfolgen kann. Die Nut 527 weist eine Axialkomponente und eine Umfangskomponente auf.
Die 12a zeigt eine Betätigungsvorrichtung 600 zur Betätigung eines Drehmomentübertragunssystemes 601 und eines Getriebes. Das Drehmomentübertragungssystem weist einen Kupplungsdeckel 602, einen Kraftspeicher 603, eine Druckplatte 604, sowie eine Kupplungsscheibe 605 auf. Die Kupplung 601 ist mit einem Schwungrad 606 drehfest verbunden, wobei das Schwungrad 606 mit einem Abtrieb, wie Kurbelwelle, einer Brennkraftmaschine verbunden ist. Die Kupplung wird mittels eines Ausrücklagers 607 betätigt, wobei das Ausrücklager 607 die Tellerfeder 603 der Kupplung zum Ein- und/oder Ausrücken beaufschlagt. Das Ausrücklager 607 wird mittels eines Ausrückhebels 608 betätigt, welcher sich im radial inneren Bereich am Ausrücklager 607 abstützt. Der Ausrückhebel 608 ist im Bereich 609 schwenkbar gelagert. Weiterhin beaufschlagt der Ausrückhebel 608 an seinem kupplungsfernen Endbereich 610 ein Kurvenprofil 611, das im Bereich des Elementes 612 angeordnet ist. Das beaufschlagbare Kurvenprofil 611 ist als Funktion der Umfangsrichtung in axialer Richtung moduliert, so daß bei einer Drehung des Elementes 612 eine axiale Verlagerung des Beaufschlagungspunktes erfolgt. Dadurch erfolgt eine Verkippung des Hebels 608 im Bereich des Schwenklagers 609, so daß eine Betätigung der Kupplung erfolgt, wie zum Ein- und/oder Ausrücken.
Die Drehung des Elementes 612 mit dem Kurvenprofil 611 erfolgt durch die Antriebseinheit 613, wie Elektromotor.
Der Elektromotor wird durch die Steuereinheit 614 angesteuert. Weiterhin ist ein zweiter Aktor 615, wie Hilfsaktor, vorhanden, welcher eine ausgerückte Kupplung derart beaufschlagen, fixieren oder blockieren kann, daß sie trotz einer zurückgenommenen Betätigung des Aktor 600 mittels des Kurvenprofils ausgerückt bleibt. Der Aktor 600 betätigt die Kupplung zum Einrücken und der Aktor 615 blockiert die ausgerückte Kupplung bei gezielt angesteuerten Betriebspunkten.
Der Aktor 615 steht mittels der Signalleitung 616 mit der Steuereinheit 614 in Signalverbindung, wobei die Steuereinheit 614 über die Signalleitung 617 mit dem Elektromotor in Signalverbindung steht.
Der Hilfsaktor 615 zum gezielten offenhalten der Kupplung kann beispielsweise durch einen Elektromagneten und eine davon angesteuerten Verriegelung oder durch einen Elektromotor und eine entsprechende Verriegelung realisiert werden.
Weiterhin weist der Aktor 600 ein walzenähnliches Element 620 auf, welches im wesentlichen an seinem Außenumfang 621 eine als Funktion des Drehwinkels in axialer Richtung veränderliche Nut 622 aufweist. In die Nut 622 greift ein Zapfen 623 ein, welcher mit eine Betätigungselement 624 eines Getriebes wirkverbunden ist. Das Betätigungselement 624 ist durch die Modulation der Nut 622 und den Eingriff des Zapfens in axiale Richtung bewegbar. Das Element 624 ist ein Betätigungselement zur Betätigung, wie zum Schalten und Wählen eine Getriebeübersetzung oder eines Ganges im Getriebe.
Weist das Getriebe ein typisches erweitertes H-Schaltschema mit Schaltgassen und einem Wählweg zwischen den Schaltgassen auf, so kann mittels des Elementes 624 und der axialen Betätigung beispielsweise ein Schalten innerhalb einer Schaltgasse durchgeführt werden. Beispielsweise kann innerhalb der Schaltgasse von einer Gangposition in eine Neutralposition oder in eine andere Gangposition geschaltet werden, ebenso kann aus einer Neutralposition in eine Gangposition geschaltet werden.
Weiterhin treibt die Antriebseinheit 613 eine Walze 625 an, welche an ihrem äußeren Umfang ein in radialer Richtung moduliertes Kurvenprofil aufweist, wenn eine Rotation der Walze erfolgt.
An diesem Kurvenprofil stützt sich ein Element 627 ab. Dieses Element 627 ist mit dem Betätigungselement 624 im wesentlichen drehfest verbunden. Eine Abstützung im Ab stützbereich an dem Kurvenprofil 626 kann beispielsweise mittels einer Rolle oder mittels eines Gleitschuhes 628 erfolgen. Durch die Abstützung im Bereich des modulierten Kurvenprofils kann eine Verdrehung des Elementes 624, wie Betätigungselement, erfolgen. Dadurch kann beispielsweise ein Wählvorgang des Getriebes zwischen Schaltgassen erfolgen.
Die 12b zeigt einen Schnitt durch die Walze 625 mit dem Kurvenprofil 626, sowie mit dem Hebel 627 mit Rolle 628. Die 13a bis 13f zeigen Varianten zur automatisierten Betätigung eines Getriebes und eines Drehmomentübertragungssystemes. Dabei kann es zweckmäßig. sein, wenn ein Aktor die Funktionalitäten Kuppeln, Schalten und Wählen automatisiert betätigt. Weiterhin kann es zweckmäßig sein, wenn ein Aktor die Funktionalitäten Kuppeln und Schalten automatisiert betätigt und ein weiterer Aktor die Funktionalität Wählen automatisiert betätigt. Weiterhin kann es zweckmäßig sein, wenn ein Aktor die Funktionalitäten Kuppeln und Wählen automatisiert betätigt und ein weiterer Aktor die Funktionalität Schalten automatisiert betätigt. Weiterhin kann es zweckmäßig sein, wenn ein Aktor die Funktionalitäten Schalten und Wählen automatisiert betätigt und ein weiterer Aktor die Funktionalität Kuppeln automatisiert betätigt. Nach einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel kann es zweckmäßig sein, wenn jeweils ein Aktor die Funktionalitäten Kuppeln, Schalten und Wählen gezielt ansteuert. Ebenso kann es zweckmäßig sein, wenn ein Aktor zum Kuppeln und Wählen und ein anderer Aktor zum Kuppeln und Schalten verwendet wird. Ebenso kann es nach einer zweckmäßigen Variation vorteilhaft sein, wenn ein Aktor die Funktionen Kuppeln und Wählen und ein zweiter Aktor Schalten und Wählen betätigt. Weiterhin kann es zweckmäßig sein, wenn ein Aktor Kuppeln und Schalten und ein weiterer Aktor Schalten und Wählen betätigt.
Bei der Verwendung von drei Aktoren kann der eine oder der andere Aktor mehr als eine Funktion von Kuppeln, Schalten und/oder Wählen betätigen.
Die 13a zeigt ein Blockschaltbild zur schematischen Darstellung von möglichen Betätigungen eines automatisierten Schaltgetriebes und eines automatisierten Drehmomentübertragungssystems. Ausgehend von einem Betätigungsaktor 701, wie Antriebseinheit oder Elektromotor, treibt dieser Aktor ein Getriebe 702 mit einer Leistungsaufteilung an, wobei die einzelnen Leistungspfade 703, 704 der Leistungsaufteilung 702 gegebenenfalls unterschiedliche Übersetzungen i₁ und i₂ aufweisen können. Das Getriebe 702 kann beispielsweise ein Überlagerungsgetriebe, wie bei spielsweise ein Planetengetriebe sein. Vor oder nach dem Getriebe sind gegebenenfalls Schalter 705, 706 vorgesehen, welche jeweils in den einzelnen Leistungspfaden angeordnet sind. Diese Schalter 705, 706 können beispielsweise als Kupplungen oder Bremsen oder als andere mechanischen Schalter ausgestaltet sein. Die beiden Schalter können derart miteinander gekoppelt sein, daß die Kupplungsbetätigung fixiert wird, wenn zur Betätigung des Schalt- und/oder des Wählvorganges umgeschaltet wird. Ebenso kann die Betätigung des Schalt- und/oder Wählvorganges fixiert werden, wenn zur Kupplungsbetätigung umgeschaltet wird. Im Betätigungsweg zur Kupplungsbetätigung in weiterhin ein Getriebe 707 eingesetzt, welches beispielsweise eine Umwandlung einer Drehbewegung in eine Schubbewegung durchführt. Eine solche Umwandlung kann beispielsweise mittels eines Kurvengetriebes und/oder eines Kurbelgetriebes und/oder eines Spindelgetriebes durchgeführt werden.
Der Betätigungspfad 708 wird zur Ansteuerung der Kupplungsbetätigung eingesetzt. Der Betätigungspfad 709 wird zur Ansteuerung des Schalt- und/oder Wählvorganges eingesetzt, wobei eine Kombination des Schalt und Wählvorganges in sequentieller oder nicht sequentieller Art erfolgen kann. Eine Kopplung der Schalt- und Wählbetätigungen kann beispielsweise mittels eines Getriebes erfolgen.
Die 13b zeigt ein konstruktives Ausführungsbeispiel nach der 13a, wobei die Antriebseinheit 701 beispielsweise als Elektromotor ausgebildet ist. Die Ausgangswelle 710 der Antriebseinheit treibt ein Sonnenrad 711 eines Planetengetriebes 712 an. Die Planetenräder 713 sind über den Planetenträger 714 mit einem Element 715 in Antriebsverbindung, wobei das Element 715 ein Kurvenprofil 716 aufweist.
Eine Ansteuerung der Kupplung 717 erfolgt über einen Hebel 718, welcher sich im radial inneren Bereich 719 an der Kurvenscheibe 716 abstützt. Durch die Modulation der Kurvenscheibe als Funktion des Drehwinkels kann eine gezielte Ansteuerung, wie ein gezieltes Ein- oder Ausrücken der Kupplung, erfolgen. Mittels der Kupplung oder Bremse 706 kann die Kupplungsbetätigung abgekoppelt werden.
Das Hohlrad 720 des Planetengetriebes 712 ist über eine Zahnradstufe 721 mit einer Abtriebswelle 722 zum Schalten und/oder Wählen des Getriebes verbunden. Mittels der Bremse oder einer Kupplung 705 kann die Schalt- und/oder Wählbetätigung blokiert oder abgekoppelt werden.
Die 13c zeigt ein Strukturbild einer Betätigungsvorrichtung mit einer Antriebseinheit 740, wie Elektromotor, und mit einem Getriebe 741. Dem Getriebe ist eine Aufteilung der Betätigungszweige 742 und 743 nachgeordnet, welche die Betätigung in einen Kupplungsbetätigungszweig 742 und in einen Schalt- und Wählbetätigungszweig 743. Im Kupplungsbetätigungszweig 742 ist weiterhin ein Schalter, wie eine Bremse oder eine Kupplung 744, dargestellt und angeordnet, wobei diese Schalter ein Getriebe 745 nachgeordnet sein kann. Das Getriebe 745 kann ein Getriebe zur Übersetzung einer Drehbewegung in eine axiale Bewegung sein.
Die 13d zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel entsprechend der 13c, wobei eine Antriebseinheit 740, wie beispielsweise Elektromotor, dargestellt ist. Dieser Antriebseinheit ist ein Getriebe mit der Übersetzung i nachgeordnet. Nach dem Getriebe sind zwei walzenartige Elemente 746 und 747 im Antriebsweg angeordnet, wobei die walzenförmige Elemente jeweils eine in Umfangsrichtung ausgerichtete Nut mit einer in axialer Richtung ausgebildeten Modulation aufweisen. In diese Nuten 748 und 749 greifen hebelartige Elemente 750 und 751 ein, über welche eine Betätigung des Schaltvorganges und des Wählvorganges des Getriebes angesteuert werden kann. Auf der Abtriebswelle sind sogenannte Walzen oder Schaltwalzen und/oder gekoppelte Kurvenscheiben angebracht. Pro Umdrehung der Getriebeausgangswelle können alle Gänge des Getriebes durchgeschaltet werden, wobei zwischen jeder Schaltung Rastbereiche zur Kupplungsbetätigung vorgehalten werden können. Diesen Walzen nachgeordnet ist ein Kurvengetriebe 752 mit einem Kurvenprofil 753. Zur Betätigung des Drehmomentübertragungssystemes, wie Kupplung 754, stützt sich ein Hebel 755 im Bereich des Kurvenprofiles 753 ab. Der Hebel 755 ist im Bereich eines Schwenklagers 756 verschwenkbar. Weiterhin kann der Hebel in seinem Beaufschlagungsbereich 757 einen Gleit- oder Rollkontakt zur Beaufschlagung des Kurvenprofiles aufweisen. Zur Ankopplung oder Abkopplung des Kurvengetriebes ist eine verschiebbare Nabe 758 beispielsweise mit Klauen als Schalter vorgesehen, wobei ein Elektromagnet 759 diese verschiebbare Nabe zum einen gehäusefest schalten kann oder zum anderen drehfest mit dem Mitnehmer 760, welcher von der Antriebseinheit angetrieben wird.
Die 13e zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei welchem eine Antriebseinheit 775 vorhanden ist. Der Antriebseinheit ist ein Getriebe 776 mit der Übersetzung i nachgeordnet. Das Getriebe teilt den Betätigungszweig der Kupplungsbetätigung von dem Betätigungszweig der Schalt- und Wählbetätigung, wobei in beiden Betätigungszweigen ein Getriebe 777, 778 vorhanden ist, um eine entsprechend Drehzahl- oder Betätigungsanpassung zu erreichen. Weiterhin ist ein Schalter 779 vorhanden, um eine Kupplungsbetätigung ab- oder zuzuschalten. In der Betätigung des Schalt- und/oder Wählvorganges ist weiterhin ein Getriebe 780 vorgesehen.
Die 13f zeigt ein Ausführungsbeispiel nach der 13e. Der Antriebseinheit 775 ist ein Getriebe 776 nachgeordnet. Über ein Malteserschrittgetriebe 781, 782 wird die Welle 787 zum Schalten und Wählen angetrieben. Die Ansteuerung der Kupplung erfolgt über die verschiebbare Nabe 783 in Verbindung mit der Ansteuerung eines Elektromagneten 784, wobei ein Element 785 mit einem Kurvenprofil 788 angetrieben wird. Durch die Modulation des Kurvenprofiles 788 wird mittels des Hebels 786 eine gesteuerte Betätigung der Kupplung erreicht.
Zur Betätigung des Drehmomentübertragungssystemes, wie Kupplung, und/oder zur Betätigung des Schalt- und/oder Wählvorganges können die Betätigungsbewegungen mittels Hebeln, Bowdenzügen oder hydrostatischen oder pneumatischen Strecken übertragen werden. Somit kann ein Getriebe beispielsweise ein Bowdenzug oder eine Hydraulikstrecke ansteuern, über welche eine Betätigungsbewegung ausgehend von dem Getriebe zu der betätigbaren Einheit angesteuert wird.
Wie in den vorhergehenden Beispielen dargestellt, kann ein automatisiertes Schaltgetriebe mit einem Aktor realisiert werden, bei welchem der Kupplungsvorgang durch eine gezielte Ansteuerung, beispielsweise einer Bremse oder eines Schalters oder einer Kupplung, abkoppelbar ist, so daß in einem Teilbereich des gesamten Betriebsbereiches nur eine Betätigung des Wähl- und Schaltvorganges erfolgen kann. Ebenso kann es zweckmäßig sein, wenn ein Aktor derart ausgestaltet ist, daß zwischen dem Betätigungsvorgang ”Kuppeln” und dem Betätigungsvorgang ”Schalten” gewählt werden kann. Weiterhin erweist es sich als zweckmäßig, wenn eine Selbsthemmung von Getriebeelementen oder Kupplungen oder Bremsen bei Bedarf initiiert wird, wie beispielsweise wegabhängig ansteuerbar ist. Als vorteilhafte Ausführungsform gilt die verschiebbare Nabe zum Zu- und Abschalten der Kupplungsbetätigung, wobei bei einer Abschaltung der Kupplungsbetätigung eine Selbsthemmung zweckmäßig ist, damit die Kupplung gegen die Vorspannkraft, beispielsweise einer Tellerfeder der Kupplung, offengehalten werden kann.
Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn ein Aktor eines automatisierten Schaltgetriebes durch eine Walze mit integrierten Planetensätzen gekennzeichnet ist, wobei weiterhin eine Antriebseinheit, wie ein Elektromotor, vorgesehen ist, um die zumindest eine Walze anzusteuern. Zweckmäßig kann es dabei sein, wenn die Antriebseinheit separat zum Kuppeln, Schalten oder Wählen und in jeder Kombination dieser drei Betätigungsarten genutzt werden kann.
Die 14a und die 14b zeigen jeweils Darstellungen eines automatisierten Schaltgetriebes, bei welchem eine automatisierte Betätigung eines Drehmomentübertragungssystemes im Antriebsstrang zwischen einer Antriebseinheit, wie Brennkraftmaschine, und dem Getriebe angeordnet ist. Weiterhin wird die Übersetzungswahl des Getriebes automatisiert durchgeführt.
Das automatisiert gesteuerte Getriebe 800 weist eine Antriebseinheit, wie beispielsweise Elektromotor, 801 auf, welche am Gehäuse 805 angebracht oder angeflanscht ist. Die Motorabtriebswelle 802 treibt ein rotierbares Element 803 an, wobei das rotierbare Element 803 ein Kurvenprofil 804 aufweist, das zur Betätigung des Drehmomentübertragungssystemes dient. Das Kurvenprofil 804 des drehbaren Elementes 803 ist dabei derart ausgestaltet, daß eine Modulation des Kurvenprofiles 804 in axialer Richtung erfolgt, wenn das Element in Umfangsrichtung verdreht wird. Zur Betätigung der Kupplung ist ein Zapfen 806 im Bereich des Kurvenprofiles 804 angelenkt, wobei dem Zapfen 806 im Bereich der Berührfläche eine Rolle zugeordnet sein kann, mit welcher sich der Zapfen auf der Kurvenscheibe oder auf dem Kurvenprofil abstützt. Durch die Modulation des Kurvenprofiles erfolgt eine Verschwenkung des Hebels 807, welcher über die Verbindung 808a, 808b mit dem Zapfen in Wirkverbindung steht.
Ist die Kupplung in einer vollständig geöffneten oder vollständig geschlossenen Position, so kann zur Fixierung dieser Position ein Bolzen 809 in eine Öffnung 810 des Elementes 808b eingreifen und dadurch das Element 808b, und somit den Hebel 807 in seiner aktuellen Position, fixieren. Der Bolzen 809 kann beispielsweise durch einen Aktor, wie beispielsweise Elektromagnet 811 oder Elektromotor in axialer Richtung betätigt werden, damit der Bolzen in die Öffnung 810 eingreifen kann oder daß der Eingriff des Bolzens im Bereich der Öffnung zurückgenommen wird.
Das drehbare Element 803 weist einen in axialer Richtung hervorstehenden Zapfen 815 auf. Das im wesentlichen kreisringförmige Element 803 bildet mit dem Zapfen 815 und dem im wesentlichen scheibenartigen Element 816 ein Schrittwerksgetriebe, wie beispielsweise ein Maltesergetriebe. Dabei greift der Zapfen 815 in schlitzartige Bereiche 817 der Scheibe 816. Die im wesentlichen kreisringförmige Scheibe 816 weist dabei Schlitze 817 auf, die beispielsweise in radialer Richtung ausgerichtet sind. Die Schlitze sind im wesentlichen gleichförmig über die Scheibe verteilt. Das Ausfüh rungsbeispiel der 14b zeigt eine Scheibe mit vier in radialer Richtung ausgerichteter geschlitzter Bereiche, wobei die Schlitze jeweils um 90° versetzt angeordnet sind.
Die geschlitzte Scheibe 816 ist mit einem Zahnrad 817, wie Stirnrad, drehfest verbunden, wobei dieses Stirnrad 817 das Zahnrad 818 über die Verzahnung antreibt. Durch den Antrieb des Zahnrades 818 wird die Walze 820 angetrieben, die durch die Lager 821 und 822 gelagert ist. Die Walze 820 weist Nuten 823, 824, 825 und 826 auf, in welche Anlenkbereiche von Schaltgabeln eingreifen, wobei bei einer Modulation der Nut in axialer Richtung eine axiale Verlagerung der Schaltgabeln 827 erfolgt, so daß ein Gang, wie eine Getriebeübersetzung, einlegbar ist. Die einzelnen Nuten 823 bis 826 entsprechen den Erfordernissen einer sequentiellen Schaltung eines Fünfganggetriebes mit Rückwärtsgang. Die Schaltgabeln 827 weisen die Anlenkbereiche 828 auf, die beispielsweise mittels einer Rolle in die Nuten 823 bis 826 eingreifen. Bei im wesentlichen einer Umdrehung der Walze werden alle Gänge sequentiell geschaltet.
Man erkennt weiterhin die Gangräder 850 bis 854, die eine Antriebsverbindung mit geeigneter Getriebeübersetzung realisieren.
Zweckmäßig kann es bei den oben dargestellten Ausführungs formen sein, wenn ein Aktor als Schalter zwischen der Betätigung des Kupplungsvorganges und des Schaltvorganges verwendet wird. Ebenso kann es besonders zweckmäßig sein, wenn die Kupplung in einer offenen oder geschlossenen Position fixiert werden kann, wie es beispielsweise durch den Mechanismus der 14a und 14b dargestellt ist. Dadurch kann erreicht werden, daß die Kupplung bei einem sequentiell schaltenden Getriebe im offenen Zustand fixiert werden kann und ein Schalten über mehrere Gänge hinweg erfolgen kann, ohne daß die Kupplung zwischenzeitlich geschlossen und wieder geöffnet wird.
Ebenso kann es vorteilhaft sein, wenn eine Ansteuerung einer Walze 820, wie Schaltwalze, durch ein Schrittwerksgetriebe, wie beispielsweise Maltesergetriebe, erfolgt. Dies hat den Vorteil, daß eine gezielte Ansteuerung der Walze um einen vordefinierten Winkelbetrag erfolgen kann.
Der in der 14b dargestellte Hilfsaktor zum Fixieren der Kupplung in einer offenen oder geschlossenen Stellung kann durch einen von einem Elektromotor angetriebenen Stift, wie Verriegelung, oder durch einen von einem Elektromagneten angesteuerten Stift realisiert werden, der in seiner axialen Position verlagerbar ist und in eine Öffnung eines Elementes eingreifen kann oder aus dieser Öffnung herausgefahren werden kann. Zweckmäßig kann es sein, wenn der Stift in die Öffnung eingefahren wird und somit die Kupplungsbetätigung fixiert ist. Weiterhin kann es zweckmäßig sein, wenn die Getriebestufe, welche eingesetzt wird um beispielsweise die Betätigung des Schaltvorganges und/oder des Wählvorganges durchzuführen zur Anpassung der Anzahl der Bewegungsphasen des Schrittgetriebes realisiert ist.
Die 15 zeigt ein Ablaufdiagramm, bei welchem die Kupplungsbetätigung als Funktion des Schaltvorganges des Getriebes dargestellt ist. Die Kupplung, wie das Drehmomentübertragungssystem, wird im Betriebsbereich zwischen einer geöffneteten und einer geschlossenen Position gezielt eingestellt oder betätigt. In der oberen Figurenhälfte ist ein Kupplungs- und Schaltvorgang dargestellt, bei welchem beispielsweise vom Rückwärtsgang ausgehend die einzelnen Gänge 1 bis 5 durchgeschaltet werden. Der Schaltvorgang erfolgt in diesem Beispiel sequentiell, wobei zwischen jedem Schaltvorgang die Kupplung geöffnet ist und bei Erreichen des jeweiligen Ganges zumindest kurzzeitig geschlossen und wieder geöffnet wird.
Die untere Figurenhälfte zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei welchem, ausgehend von dem ersten Gang, in den dritten Gang geschaltet wird und im Bereich des zweiten Ganges die Kupplung derart in der geöffneten Position fixiert oder blockiert ist, daß im Bereich des zweiten Ganges die Kupplung nicht geschlossen und wieder geöffnet wird.
Dieses Fixieren der Kupplung im geöffneten Zustand bei einem Schaltvorgang, beispielsweise über den zweiten Gang hinaus, kann einen schnelleren Schaltvorgang zur Folge haben, da die Zeiten für das Einkuppeln und das Auskuppeln im Bereich des zweiten Ganges eingespart werden können.
Die 16a bis 16c zeigen schematische Darstellungen einer Betätigungsvorrichtung zur automatisierten Betätigung eines Drehmomentübertragungssystemes und eines Getriebes. Die 16a zeigt einen Antriebsmotor 900 mit einem Drehmomentübertragungssystem 901 und einem Getriebe 902. Weiterhin ist eine Steuereinheit oder ein Steuergerät 903 dargestellt, welches zumindest die Aktoren 904 und 905 ansteuert, wobei die Steuereinheit 903 mit anderen Elektronikeinheiten und beispielsweise auch Sensoren über die Signalleitung 906 in Singalverbindung steht. Andere Elektronikeinheiten können beispielsweise eine Motorelektronik oder Elektronikeinheiten von Antiblockiersystemen (ABS) oder Antischlupfregelungen (ASR) sein.
Die Steuereinheit kann eine integrierte Steuereinheit der Getriebe- und Kupplungssteuerung sein, wobei aber auch getrennte Steuereinheiten zur Getriebe- und Kupplungssteuerung verwendet werden können.
In der 16a ist ein Aktor 904 dargestellt, welcher zur Ansteuerung der Betätigung des Drehmomentübertragungssystemes, wie Kupplung 901, verwendet wird. Weiterhin ist ein Aktor 905 dargestellt, welcher von der Steuereinheit 903 ansteuerbar ist und den Schalt- und Wählvorgang zur Übersetzungswahl des Getriebes ansteuert. Dieser Aktor kann beispielsweise mit einer Schaltwalze ausgerüstet sein, welche ein sequentielles Schalten der Gänge des Getriebes erlaubt.
Die 16b zeigt eine Variation einer Betätigungsvorrichtung der 16a, wobei der Aktor 907 zur Ansteuerung des Drehmomentübertragungssystemes 901 und zur Ansteuerung des Schaltvorganges des Getriebes herangezogen wird und der Aktor 908 zur Betätigung des Wählvorganges verwendet wird.
Die 16c zeigt eine Variante der 16a, wobei der Aktor 904 die Betätigung des Drehmomentübertragungssystemes steuert. Der Aktor 909 betätigt beispielsweise die zentrale Schaltwelle des Getriebes 902 zum Schalten und zum Wählen, wobei eine sequentielle oder nicht-sequentielle Schaltung der Gänge des Getriebes erfolgen kann. Der Aktor kann als add-on-Aktor, wie als Anbauteil auf ein herkömmliches oder im wesentlichen unverändertes Handschaltgetriebe, ausgebildet sein, welcher auf die zentrale Schaltwelle des Getriebes aufgesetzt wird, wobei statt einer Mechanik zur handbetätigten Schaltung des Getriebes die Aktorik verwendet wird. Die Aktorik besteht aus zumindest einem Aktor, welcher mittels beispielsweise vorhandenen Getrieben die zentrale Schaltwelle zum Walten und/oder Wählen betätigt.
Die 17a zeigt ein Schaltschema 910 eines typischen Fünfganggetriebes, wobei die Lage des Rückwärtsganges nicht eingezeichnet ist. Das Schaltschema wird auf der Basis eines erweiterten H-Schaltbildes beschrieben, wobei Schaltgassen 911 und ein Wählweg 912 dargestellt ist. Die Gangpositionen vom ersten Gang 913 bis zum fünften Gang 917 sind entsprechend dieses erweiterten H-Schaltbildes dargestellt. Zur Anordnung eines Rückwärtsganges R sind die folgenden drei bevorzugten Varianten dargestellt.
Die 17b zeigt die Lage des Rückwärtsganges in der Schaltgasse 911 des fünften Ganges. Die 17c zeigt die Lage des Rückwärtsganges R 918 in einer Schaltgasse 911 neben der 1-2-Schaltgasse, wobei die Betätigung des Rückwärtsganges in die gleiche Betätigungsrichtung wie die Gänge 1, 3 und 5 erfolgt. Die 17d zeigt eine Variation dieses Schaltbildes, wobei der Rückwärtsgang in der Gasse 911 neben der 12-Schaltgasse angeordnet ist, wobei der Rückwärtsgang in die Betätigungsrichtung entsprechend den Gängen 2 und 4 eingelegt wird. Dieses Schaltschema entspricht einem Schema zur äußeren Betätigung beispielsweise einer zentralen Schaltwelle, wobei die Anordnungen der Radsätze und beispielsweise von Schaltgabeln derart im Getriebe durchgeführt sind, daß ein solches Schema zur Betätigung resultiert. Eine Transformation beispielsweise von einem Schema der 17c in ein Schema der 17d oder umgekehrt kann beispielsweise durch eine Umlenkung der Anlenkung des Rückwärtsganges erfolgen, so daß die äußere Bewegung in Richtung auf den ersten Gang in eine äußere Bewegung in Richtung auf den zweiten Gang beispielsweise durch eine Hebelumlenkung realisiert werden kann.
Eine Änderung des Schaltschemas für die Betätigung beispielsweise einer zentralen Schaltwelle kann bei einem nur geringfügig veränderten Getriebe zweckmäßig sein, um Periodizitäten oder Symmetrien in der Betätigungsbewegung gezielt auszunutzen.
Die 18 zeigt einen Ablauf eines Schaltvorganges ausgehend von einem eingelegten Gang bei geschlossener Kupplung. In Block 950 ist ein Gang eingelegt und die Kupplung ist geschlossen. Bei einem initiierten Schaltvorgang, beispielsweise durch ein fahrerseitiges Signal wie Schaltersignal oder bei einem von der Steuereinheit beispielsweise nach Schaltkennlinien gegebenen Schaltsignal, wird zuerst die Kupplung geöffnet, was in Block 951 dargestellt ist. Der zu Anfang eingelegte Gang, welcher durch Block 952 repräsentiert wird, ist immer noch eingelegt, wobei durch die Betätigung entsprechend dem Pfeil 953 der Gang in 952 herausgenommen wird und in Block 954 eine Neutralposition im Getriebe eingelegt ist. Anschließend kann, ausgehend von der aktuell vorliegenden Schaltgasse 955, eine weitere Schaltgasse 956 gewählt werden, die entweder gleich der ursprünglichen Schaltgasse ist oder eine direkt benachbarte Schaltgasse ist oder aber eine Schaltgasse ist, zu deren Position man mehrere Gassen überschreiten muß. Ist die Gasse in 956 gewählt, so kann von der Getriebeneutralposition 957 ein Schaltvorgang in Richtung auf eine Gangposition entsprechend 958 durchgeführt werden, so daß die Kupplung in der geöffneten Position 959 in die eingerückte Position 960 überführt werden kann. Aus der Gangposition 952 kann die neue Gangposition 958 derart ausgewählt werden, daß die Gangposition 958 gleich der Gangposition 952 ist oder daß ein Gang in der gleichen Schaltgasse gewählt wird oder daß ein Gang in einer anderen Schaltgasse gewählt wird und/oder daß ein Gang mit gleicher Ganglage entsprechend einer Ganglage vorne oder hinten im Schaltschema gewählt wird.
Die 19 zeigt einen Ausschnitt eines Getriebes 1000 mit einem Betätigungsdom 1001 zur Betätigung oder zum Schalten der Übersetzung des Getriebes. Der Betätigungsdom 1001 wird an dem Getriebegehäuse 1002 beispielsweise durch Befestigungsmittel 1003, wie Schrauben, befestigt und greift über eine zentrale Schaltwelle 1004 zur Betätigung der zentralen Schaltwelle 1004 zum Schalten und/oder Wählen von Gangpositionen. Die zentrale Schaltwelle ist beispielsweise durch Kraftspeicher 1005 und/oder Kraftspeicher 1006 in axialer Richtung oder in Umfangsrichtung kraftbeaufschlagt, so daß eine vordefinierbare Position der zentralen Schaltwelle 1004 als energetisch günstigste Position in einer unbetätigten Betriebssituation eingenommen wird. Der zentralen Schaltwelle sind Arme 1007 oder Nocken 1008 zugeordnet oder mit diesen drehfest verbunden, welche mit getriebeinternen Schaltelementen zusammenwirken, um Gangpositionen einzulegen oder herauszunehmen. Beispielsweise sind Aufnahmebereiche 1010, 1011 und 1012 vorgesehen zur Betätigung eines ersten, zweiten, dritten, vierten und fünften Ganges und/oder getriebeinterne Schaltelemente 1013 zur Betätigung des Rückwärtsganges R. Zur Betätigung der Vorwärtsfahrgänge eins bis fünf greift der Nocken 1008 in eine Öffnung 1020 einer Schaltstange 1021 oder in eine dafür vorgesehene Öffnung eines Aufnahmebereiches einer Schaltgabel 1010 bis 1012. Durch eine Verdrehung der zentralen Schaltwelle 1004 bei einem Eingriff in einen Aufnahmebereich kann ein Verschwenken oder Verschieben eines getriebeinternen Schaltelementes, wie beispielsweise 1010 bis 1012, erfolgen, so daß die Schiebemuffe des Getriebes einen Schaltvorgang in bezug auf die Gangräder des Getriebes durchführt. Ein Schaltvorgang entspricht somit einer Verdrehung der zentralen Schaltwelle 1004 bei gegebener axialer Position. Ein Wählvorgang entspricht einer axialen Bewegung der zentralen Schaltwelle 1004 zur Auswahl des Eingriffes des Nockens 1008 in Aufnahmebereiche der zentralen Schaltelemente 1010 bis 1012 oder 1013, wobei zur Betätigung des Rückwärtsganges der Vorsprung 1007 zum Einsatz kommt.
Der nicht dargestellte Aktor betätigt die zentrale Schaltwelle sowohl in Umfangsrichtung, das heißt in Richtung des Schaltvorganges, oder in axialer Richtung, das heißt entsprechend in Richtung des Wählvorganges. Die 20a bis 20c verdeutlichen diesen Sachverhalt noch einmal durch schematische Darstellungen, wobei die 20a ein Schaltschema darstellt, welches bei der 20b und 20c zur Realisierung zugrundegelegt wird. Die Beaufschlagbare zentrale Schaltwelle 1004 kann sowohl in axialer Richtung zum Wählen als auch in Umfangsrichtung zum Schalten betätigt werden. Der Nocken 1008 sowie der Betätigungsarm 1007 kommen mit getriebeinternen Schaltelementen 1010, 1011 und 1012 sowie 1013 in Wirkkontakt, wobei der Nocken 1008 in eine Öffnung der Elemente 1010, 1011 oder 1012 eingreifen kann. Weiterhin kann der Betätigungsarm 1007 in eine Öffnung 1021 des Elementes 1013 eingreifen, je nach axialer Position der zentralen Schaltwelle 1004. Das Ausführungsbeispiel der 20a bis 20c zeigen, daß zur Betätigung des fünften Ganges und des Rückwärtsganges die zentrale Schaltwelle 1004 in die gleiche Richtung betätigt werden muß, obwohl das Element 1013 entgegen der Richtung der Betätigungsrichtung des Elementes 1010 betätigt werden muß. Dies erfolgt deshalb in dieser Art, weil die Betätigungselemente 1010 und 1013 in bezug auf die Drehachse der zentralen Schaltwelle sich gegenüberliegen.
Die 21a bis 21c zeigen eine Ausführungsvariante, die aufgrund einer Modifikation der zentralen Schaltwelle 1004 vorzugsweise ausgestaltet werden kann. Ein Schaltschema der 20a kann in ein Schaltschema der 21a überführt werden, wobei die Lage des Rückwärtsganges verändert ist, indem die Anlenkung des getriebeinternen Schaltelementes 1013 ausgehend von der zentralen Schaltwelle 1004 über einen Hebel 1030 erfolgt. Der zentralen Schaltwelle wird ein Arm 1031 angefügt, welcher einen Aufnahmebereich 1032 aufweist, in welchen ein Zapfen 1033 des Hebelarmes 1030 eingreifen kann. Der Hebelarm ist im Bereich des Schwenklagers 1034 schwenkbar gelagert und der Bereich 1035 greift in die Öffnung 1036 des Elementes 1013 ein. Die Betätigung der Gänge eins bis fünf erfolgt weiterhin über das Element 1008, wie Zapfen, welcher in Öffnungen der getriebeinternen Schaltelemente 1010 bis 1012 eingreifen kann. Eine Betätigung des Rückwärtsganges erfolgt durch eine Drehung der zentralen Schaltwelle in der entgegengesetzten Richtung als bei einer Betätigung des fünften Ganges, da die Hebelübersetzung eine Betätigung des getriebeinternen Schaltelementes 1013 entsprechend der richtigen Betätigung des Rückwärtsganges umwandelt.
Bei einem gegebenen Getriebe kann durch eine Ausbildung der zentralen Schaltwelle entsprechend mit einer Hebelübersetzung, beispielsweise mittels des Hebels 1030, eine Änderung des Schaltschemas zur äußeren Betätigung des Getriebes durchgeführt werden, ohne daß getriebeseitig größere Veränderungen durchgeführt werden müssen.
Eine solche geringfügige Veränderung der zentralen Schaltwelle bzw. der Anlenkpunkte zur Betätigung der getriebeinternen Schaltelemente kann eine vorzugsweise Verwendung oder Ausnutzung von Periodizitäten zur Vereinfachung des Betätigungsaktors erlauben.
Die 22a zeigt ein Ausführungsbeispiel bei der Verblendung eines Aktors zur Betätigung der Kupplungsbewegung und der Wählbewegung des Getriebes sowie eines weiteren Aktors zur Betätigung der Schaltbewegung. Die Kupplungsansteuerung und die Wählansteuerung erfolgt derart kombiniert, daß bei dem Vorliegen einer Getriebeposition in einer hervorgegebenen Schaltgasse zuerst die Kupplung geöffnet wird, entsprechend der Kurve 1101, bevor bei geöffneter Kupplung 1102 ein Gassenwechsel beispielsweise 1103 von der Gasse eins zur Gasse zwei erfolgen kann. Ebenso kann in diesem Bereich ein Gassenwechsel 1104 erfolgen, wobei dies in Abhängigkeit des zugrundeliegenden Schaltschemas durchgeführt wird. Eine Betätigung oder ein Gassenwechsel entsprechend der Kurve 1103 von der Gasse eins in die Gasse zwei entspricht beispielsweise den Schaltschemate der 17c und 17d, wobei ein Gassenwechsel von der Gasse vier in die Gasse zwei beispielsweise einem Schaltschema der 17b entspricht, wobei beispielsweise ein Schaltvorgang von einem Rückwärtsgang in einen ersten Gang durchgeführt wird. Anschließend kann beispielsweise ein Schaltvorgang durchgeführt werden, bevor die Kupplung bei einer Einstellung in der Gasse zwei geschlossen wird. Die Kupplung ist in Punkt 1105 geschlossen. Anschließend kann die Kupplung wieder geöffnet werden und es kann entsprechend der Kurve 1106 wieder ein Gassenwechsel durchgeführt werden, bevor anschließend die Kupplung wieder im Punkt 1107 geschlossen ist. Die Vorgehensweise kann nun derart wiederholt werden, daß die Kupplung, ausgehend vom Punkt 1107, wieder geöffnet wird, bis zu sie auf dem Plateau 1108 geöffnet ist und ein Gassenwechsel entsprechend der Kurve 1109 durchgeführt wird. Bei einem Wechsel von mehreren Gassen kann beispielsweise auch die Kupplung im geöffneten Zustand fixiert oder blockiert werden, so daß bei einem Erreichen einer Gasse die Kupplung nicht zwingend wieder geschlossen und wieder geöffnet wird, bevor in die nächste Gasse weitergeschaltet werden kann. Ist die Kupplung geöffnet und es wurde in eine vorbestimmte Schaltgasse gewählt, so kann der zweite Aktor zur Betätigung des Schaltvorganges innerhalb der Schaltgasse, ausgehend von dem Neutralbereich 1120, in eine Ganglage entsprechend einer vorderen Position im Schaltschema 1121 oder einer Gangposition entsprechend einer hinteren Position im Schaltschema 1122 angesteuert werden.
Die Darstellungen der 22a und 22b zeigen, daß im wesentlichen vor der Einleitung eines Schalt- oder Wählvorganges zuerst die Kupplung zumindest teilweise geöffnet wird, wobei ein Gang bereits bei teilweiser geöffneter Kupplung herausgenommen werden kann. Ist die Kupplung geöffnet, so kann ein Schaltvorgang aus der vorliegenden Gangposition in den Neutralbereich entsprechend von 1121 nach 1120 erfolgen, bevor ein Gassenwechsel entsprechend der gewünschten Folgegetriebeübersetzung durchgeführt wird. Anschließend kann die neue Getriebeposition, wie der neue Zielgang, angesteuert werden, ausgehend von dem Punkt 1120 in Richtung auf die Punkte 1121 oder 1122, bevor die Kupplung wieder geschlossen wird. Durch eine Aufteilung bzw. Kombination der Betätigungen Kuppeln und Wählen mittels eines Aktors und Schalten mittels eines zweiten Aktors kann ein sequentieller Schaltvorgang vermieden werden, wobei die Gänge in beliebiger Reihenfolge direkt geschaltet werden können, ohne daß zwischenzeitlich Gänge eingelegt werden, die nur zwischenzeitlich im Getriebe eingelegt werden.
Die 22b zeigt, ausgehend von der Gasse eins bei dem Verlauf der durchgezogenen Linie 1130 ein symmetrisches Bild oder teilweise symmetrisches Bild, wobei anfänglich ein halbes Plateau zu erkennen ist, welches von einem Wechsel der Gasse gefolgt wird, anschließend ein Plateau folgt, anschließend wiederum ein Gassenwechsel, danach wiederum ein Plateau, was von einem Gassenwechsel gefolgt wird und anschließend ein halbes Plateau. Dieser quasiperiodischer Ablauf kann durch geeignete Getriebe, wie beispielsweise Kurvengetriebe, in einem Aktor derart abgelegt sein, daß jeweils nur ein Teilweg betätigt werden muß, entsprechend der strichpunktierten Linie 1131, wobei dieser Betätigungsvorgang entsprechend der Linie 1131 jedoch mehrfach durchgeführt wird, um das gesamte Schema zum Wählen der Gassen abzudecken. Bei einem Schaltschema entsprechend der Kurve 1104 vom Wechsel der Gasse 4 zu Gasse 2, beispielsweise bei einem Schema der 17b, kann eine solch günstige Periodizität nur eingeschränkt verwendet werden, um den Aufbau des Betätigungsaktors möglichst einfach zu gestalten. Jedoch sind in diesem Falle eines Schemas der 17b auch weiterhin Periodizitäten zu erkennen, wobei der zweifache Wechsel von Gasse 2 in die Gasse 3, respektive von der Gasse 3 in die Gasse 4 im wesentlichen gleichartig ist.
Die 23 zeigt ein Ablaufdiagramm zum Wählen und Schalten von Gangpositionen. Das Ablaufdiagramm 1150 zeigt eine Kurve 1151 und eine Kurve 1152, wobei die Kurve 1151 den Wählvorgang als Funktion der Gangposition darstellt und die Kurve 1152 den Schaltvorgang als Funktion der Gangposition. Ausgehend von der Kurve 1153 von einer Gasse R entsprechend den 17c und 17d erfolgt ein Wählvorgang in die Gassen 1–2 beziehungsweise in die Gasse 3–4 oder in die Gasse fünf. Bei einem Schaltschema entsprechend der 17d wird die strichlierte Kurve 1154 angesteuert, wobei die Gasse 5 in diesem Falle eine Gasse fünf/R ist und die reine Gasse R entfällt. In diesem Fall ist der fünfte Gang und der Rückwärtsgang in einer Gasse vorhanden. Die Kurve 1152 zeigt den Schaltvorgang zwischen einer Position vorne in der Schaltgasse, einer Neutralposition in der Mitte der Schaltgasse und einer Position hinten in der Schaltgasse, wobei die Kurve 1155 eine Variante der 17b und 17d entspricht, bei welchen der Rückwärtsgang in einer Gasse hinten angeordnet ist. Die Gänge eins, drei und fünf sind in der Gasse vorne angeordnet und die Gänge zwei und vier in der Gasse hinten. Eine Anordnung entsprechend der 17c wird durch die Kurve 1156, die strichpunktiert dargestellt ist, repräsentiert, wobei der Rückwärtsgang in einer Gasse vorne angeordnet ist. Man erkennt in den Kurvenverläufen 1151 und 1152 deutliche periodische Anteile, die wiederkehrend sind, die unter Anwendung von periodisch arbeitenden Getrieben mehrfach durchlaufen werden können, um die Schaltbeziehungsweise Wählvorgänge anzusteuern. Werden die strichpunktierten oder strichlierten Kurvenverläufe betätigt, so können in diesem Bereich Periodizitäten beispielsweise auch dadurch erzielt werden, daß gezielte Umlenkungen erfolgen, um aus einem Schaltschema ohne ideale Periodizitäten ein Schaltschema zu generieren, das solche idealen Periodizitäten aufweist. Eine solche Umlenkung oder Anwendung einer Umlenkung ist beispielsweise im Vergleich der 20a bis 20c und 21a bis 21c dargestellt.
Die 24 zeigt einen Ablauf der Betätigung einer Kupplung und eines Schaltvorganges als Funktion des Aktorweges, wobei die Kupplung von einem ausgerückten, wie geöffneten, Zustand in einen eingerückten, wie geschlossenen, Zustand betätigt werden kann und der Schaltvorgang, ausgehend von einem Neutralpunkt, beispielsweise in eine Schaltgasse nach vorne oder in eine Schaltgasse nach hinten erfolgen kann. Die Kurve 1200 beginnt bei einer geschlossenen Position, wobei im ersten Teilbereich die Kupplung geöffnet wird, währenddessen die Kurve 1201 keine oder keine wesentliche Betätigung aufweist. Ist die Kupplung geöffnet, beispielsweise bei dem Aktorweg 1202, beginnt die Betätigung des Schaltvorganges beispielsweise in den Neutralbereich 1203. In diesem Bereich kann die Betätigung zumindest kurzzeitig unterbrochen werden, um einen Wählvorgang durchzuführen. Anschließend wird, ausgehend von dem Punkt 1203, wieder in eine Schaltgasse nach vorne oder nach hinten geschaltet, bevor ab dem Betätigungsweg 1204 bis zum Betätigungsweg 1205 die Kupplung wieder geschlossen wird. Die 24 zeigt somit eine vorzugsweise Kopplung der Betätigungsarten Kuppeln und Schalten, wobei die Betätigungsart Wählen durch einen zweiten Aktor durchführbar ist.
Weiterhin kann es zweckmäßig sein, wenn Aktoren Verwendung finden, wobei der eine Aktor zur Ansteuerung der Kupplungs- und der Wählfunktion verwendet wird und der zweite Aktor zur Ansteuerung der Kupplungs- und der Schaltfunktion verwendet wird, wobei jeweils zuerst die Kupplung geöffnet wird, bevor ein Schalt- oder Wählvorgang durchgeführt wird, anschließend ein Schalt- oder Wählvorgang von dem Aktor durchgeführt wird und danach die Kupplung wieder geschlossen wird. Liegt beispielsweise ein erster Gang im Getriebe vor, so kann ein Aktor die Kupplung öffnen, anschließend der Aktor zum Kuppeln und Schalten aus dem vorliegenden Gang in die Neutralposition schalten anschließend kann der zweite Aktor, welcher seine Kupplungsbetätigung bereits durchgeführt hat, einen Wählvorgang durchführen, bevor der zweite Aktor anschließend den Schaltvorgang in den beispielsweise zweiten Gang durchführt, bevor der Kupplungsvorgang des Schaltaktors die Kupplung wieder schließt. Bei Schaltvorgängen beispielsweise von dem ersten Gang in den dritten Gang oder in den vierten Gang, bei welchem ein oder zwei Gänge übersprungen werden, kann es zweckmäßig sein, wenn durch den zweiten Aktor, der ebenfalls die Kupplungsbetätigung durchführt, ein unbeabsichtigtes Schließen und Wiederöffnen der Kupplung unterdrückt wird, indem die Kupplung durch die beiden Aktoren parallel betätigt, wie geöffnet oder geschlossen, wird. Zweckmäßig kann es weiterhin sein, wenn durch ein Mechanismus oder ein Getriebe eine Oder-Verknüpfung der beiden Kupplungsbetätigungen erreicht wird, daß der Kupplungs- und Schaltaktor eine Betätigung des Wählvorganges nur in Neutral zuläßt bei gleichzeitiger Betätigung der Kupplung bei einer Betätigung des Schaltaktors in Richtung auf Neutral, wobei die Kupplung über den Kupplungs- und Schaltaktor offenbleiben kann, obwohl der Kupplungs- und Wählakter die Kupplung schließen würde.
Dadurch wird in einer einfachen Variante erreicht, daß eine vollkommen freie Gangfolge angesteuert werden kann und eine freie Kupplungs- und Schaltüberschneidung zulässig ist. Dadurch kann durch die Ansteuerung der Kupplung durch beide Aktoren zum Schalten und Wählen eine Überschneidung der Kupplungsbetätigung und der Schaltbetätigung erreicht werden, derart, daß der Schaltvorgang zum Herausnehmen eines Ganges bereits eingeleitet wird, obwohl die Kupplung vollständig geöffnet ist. Ebenso kann es zweckmäßig sein, wenn die Kupplung bereits leicht geschlossen wird, bevor die Gangposition 100%-ig eingelegt ist, aber bereits ein Verzahnungshinterschnitt bei den entsprechenden Zahnrad- und Schiebemuffenpaaren erreicht ist. Dadurch kann ein schneller Schaltvorgang erfolgen, da durch die Überschneidung Zeitersparnisse realisiert werden können. Diese einfache Ausgestaltung durch einen Aktor zum Kuppeln und Wählen und einen zweiten Aktor zum Kuppeln und Schalten ist anhand der 25a und 25b erläutert. Die 25a zeigt den Kupplungsvorgang des Kupplungs- und Wählakters, wobei die Kurve 1250 die Öffnungs- oder Schließbewegung als Funktion des Aktorweges darstellt. Zu erkennen ist ein erster Ausrückvorgang der Kupplung, wobei im Bereich 1251 die Kupplung geöffnet ist. Anschließend kann die Kupplung wieder geschlossen werden. Entsprechend erfolgt im Bereich 1251 ein Gassenwechsel, beispielsweise von der Gasse eins zu der Gasse zwei oder von der Gasse vier zu Gasse zwei, in Abhängigkeit des vorliegenden Schaltschemas. Im Bereich 1252 und im Bereich 1253 erfolgt wiederum ein Gassenwechsel. In der 25b ist der Kupplungsvorgang vom eingerückten Zustand bis zum ausgerückten Zustand eine Funktion des Aktorweges des Kupplungs- und Schaltaktors dargestellt. Die Kurve 1260 zeigt die Kupplungsbetätigung, wobei die Kurve 1261 die Schaltbewegung aufzeigt. Bei einem anfänglichen Auskuppeln erfolgt ein Schalten der Gangposition beispielsweise von einer Gangposition vorne in der Schaltgasse in den Neutralbereich, wobei die Kupplung in diesem Zustand vollständig geöffnet ist. Anschließend kann ein Wählvorgang stattfinden, welcher durch den Kupplungs- und Wählaktor angesteuert wird, bevor der Schaltvorgang beispielsweise in eine Position in der Schaltgasse vorne oder hinten angesteuert wird und anschließend die Kupplung geschlossen wird.
Die 26 zeigt einen Aktor 1300 zum Schalten oder Wählen des Getriebes mit einer Antriebseinheit, wie Elektromotor 1301. Die Getriebeausgangswelle weist eine Spindel 1302 auf, die im Bereich 1303 gelagert ist. Die Spindel treibt eine drehfest gelagerte, aber axial bewegliche, Mutter 1304 an, welche zumindest einen Zapfen 1305 aufweist. Der Zapfen 1305 greift in eine Klaue 1306 ein, die einen ringförmigen Bereich 1307 aufweist. Der ringförmige Bereich 1307 nimmt beispielsweise die zentrale Schaltwelle des Getriebes auf, wobei bei einer Verlagerung der Mutter 1304 die axial festgelegte zentrale Schaltwelle eine Schwenkbewegung erfährt. Die Mutter, die an der Drehung gehindert ist, wandelt somit die Drehbewegung der Motorwelle, beziehungsweise der Spindel, in eine Linearbewegung der Mutter um, wobei über den Drehhebel, wie Klaue 1306, eine Linearbewegung der Mutter in eine Schalt- oder Wählbewegung einer Welle 1308 umgewandelt wird.
Die 27 zeigt eine Betätigungsvorrichtung 1400 mit einem Getriebe 1401. Die Betätigungsvorrichtung zur automatisiereten Betätigung eines Drehmomentübertragungssystems und zum automatisierten Schalten und/oder Wählen der Getriebeübersetzung wird von zwei Aktoren 1402, 1403, wie Elektromotoren angesteuert. Der Aktor 1402 betätigt den Kupplungsvorgang und den Schaltvorgang, wobei der Aktor 1403 den Wählvorgang betätigt. Die Achsen der Aktoren sind in einem rechten Winkel zueinander angeordnet, wobei die Achsen der Aktoren auch parallel oder koaxial angeordnet sein können. Die Betätigungsvorrichtung ist als integrierte Betätigungsvorrichtung 1400 mit einem gemeinsamen Gehäuse 1404 ausgebildet, das mittels Befestigungsmitteln 1406, wie Schrauben oder Ähnlichem, an dem Getriebegehäuse 1405 des Getriebes 1401 befestigt ist. Der Aktor 1403 ist an dem Gehäuse 1404 befestigt oder mit diesem integriert, wobei die Antriebswelle 1407 in das Gehäuse 1404 hineinragt. Die Antriebswelle 1407 ist als Gewindeinnenspindel ausgebildet, in welche eine Gewindespindel 1408 eingreifen kann. Bei einer angesteuerten Verdrehung der Gewindespindel 1407 wird die drehfest mit der zentralen Schaltwelle 1409 des Getriebes 1401 verbundene Spindel 1408 in axialer Richtung auf und ab bewegt. Da die Gewindespindel 1408 mit der zentralen Schaltwelle 1409 drehfest verbunden, wie verschraubt und mit der Mutter 1410 gekontert, ist wird bei einer axialen Hubbewegung der Spindel 1408 die zentrale Schaltwelle 1409 in axialer Richtung im Sinne eines Wählvorganges betätigt.
Die zentrale Schaltwelle 1409 weist innerhalb des Getriebes Schaltfinger 1411, 1412 auf, die mit Betätigungselementen 1413, 1414, 1415 und 1416 beispielsweise der Schaltgabel 1417 in Betätigungskontakt treten können und in diesen bringbar sind. Die Schaltfinger sind Ansätze der zentralen Schaltwelle, die im wesentlichen in radialer Richtung von der zentralen Schaltwelle wegstehen und in Aufnahmebereiche der Betätigungselemente eingreifen können. Durch die axiale gezielt ansteuerbare Bewegung, wie Verlagerung, der zentralen Schaltwelle 1409 ist der Schaltfinger, welcher in Wirkkontakt mit einem Aufnahmebereich der Betätigungselemente gelangt variierbar, das heißt, daß dadurch eine Auswahl der Schaltgabeln des Getriebes durchgeführt wird. Durch die Ansteuerung des Aktors 1403 kann ein Wählvorgang zwischen Schaltgassen des Getriebes erreicht werden.
Der Aktor 1402 steuert die Betätigung der Kupplung und des Schaltvorganges an, wobei die Kupplung über eine Kurvenscheibe mittels eines an der Kurvenscheibe sich abstützenden Stößels betätigbar ist. näheres zeigen die folgenden Figuren.
Der Schaltvorgang wird durch die Ansteuerung der Walze 1420 derart gesteuert, daß der Aktor 1402 die Walte über ein Schneckengetriebe mit einem Schneckenrad antreiben kann. Die Walze 1420 weist an seinem Außenumfang eine Nut 1421 auf, in die ein Zapfen 1422 eingreift. Der Zapfen 1422 kann durch die Modulation der Nut 1421 in Umfangsrichtung und/oder in axialer Richtung der Walze 1420 verlagert werden, so daß dei mit dem Zapfen verbundene Mitnahmeeinrichtung 1423 die Schaltwelle 1409 um einen vorgebbaren Winkelbereich verdreht und so einen Schaltvorgang des Getriebes ansteuert. Die Mitnahme 1423 weist einen Innenverzahnung 1424 auf, in die eine Außenverzahnung der zentralen Schaltwelle eingreift, damit eine axiale Verlagerung der zentralen Schaltwelle bei einem Wählvorgang von der Drehbewegung bei einem Schaltvorgang unbeeinflußt ist. Bei einem Schaltvorgang wird die zentrale Schaltwelle in die eine oder in die andere Richtung um ihre eigene Achse verdreht, so daß die Schaltfinger die Aufnahmebereiche der Schaltgabeln beaufschlagen und die Schaltgabeln 1417 verlagern, um einen Gang zu Schalten. Weiterhin ist ein Lager 1425 vorgesehen, welches die zentrale Schaltwelle lagert.
Die Betätigungsvorrichtung ist eine integrierte Einheit, die als Aggregat auf das Getriebe montierbar ist, wobei das Getriebe ein Handschaltgetriebe ohne Anlenkung des handbetätigten Schaltvorganges sein kann.
Die 28 zeigt eine Ansicht der Betätigungsvorrichtung der 27, wobei der Aktor, wie der Elektromotor 1402, zu erkennen ist. Die Motorabtriebswelle 1430 treibt eine Schnecke 1431 an, die ein Schneckenzahnrad 1432 kämmt. Das Schneckenzahnrad 1432 ist mit einer Kurvenscheibe 1433 sowie über den Abstandshafter 1435 mit einer weiteren Kurvenscheibe 1437 drehfest verbunden. Weiterhin ist das Schnekenzahnrad mit der Walze 1420 verbunden, wobei die Walze 1420 mit der Kurvenscheibe 1434 verbunden sein kann. Ebenso kann es zweckmäßig sein, wenn das Schneckenzahnrad sowie die Kurvenscheiben 1433, 1434, der Abstandshalter 1435 und die Walze 1420 einstückig, beispielsweise als Spritzgußteil oder als Metallteil, ausgebildet sind. Die Walze 1420 weist in ihrer Mantelfläche eine Nut 1421 auf, in die ein Zapfen 1422 eines Schwenkelementes 1423 eingreift. Bei einer Verdrehung der Walze 1420 wird der Ort des Eingriffes des Zapfens 1422 im Bereich der Nut 1421 im wesentlichen in axialer Richtung verlagert, so daß das Element 1423 verschwenkt wird. Das Element 1423 und die zentrale Schaltwelle 1409 sind beispielsweise über eine Verzahnung in Eingriff, so daß bei einer Verschwenkung des Elementes 1423 die zentrale Schaltwelle verschwenkt wird. Dadurch kann ein Schaltvorgang des Getriebes gezielt angesteuert werden.
Zur Ansteuerung des Drehmomentübertragungssystemes, wie Kupplung, wird ein Hydraulikgeberzylinder 1440 über einen Stößel 1441 und eine Anlenkung über die Kurvenscheibe 1434 betätigt. Diesbezüglich wird auf die 29 verwiesen.
Weiterhin wird zur Kraftkompensation oder zur Kraftunterstützung des Aktors 1402 ein Kraftspeicher 1450 eingesetzt, welcher ebenfalls über einen Stößel auf die betätigbaren Elemente wirkt, siehe 30.
Die 29 zeigt den Aktor 1400 in einer Schnittdar stellung, wobei der Antriebsmotor 1402, wie Aktor, zu erkennen ist. Der Aktor 1402 treibt über ein Schneckengetriebe das Schneckenzahnrad 1432 an. Weiterhin ist die Kurvenscheibe 1434 mit ihrem Kurvenprofil 1460 zu erkennen. Das Kurvenprofil ist derart ausgebildet, daß sich der Radius des Kurvenprofiles auf einer Teilumdrehung der Kurvenscheibe 1443 nicht verändert und sich auf einer zweiten Teilumdrehung von einem maximalen Radius zu einem minimalen Radius und von einem minimalen Radius zu einem maximalen Radius verändert.
Weiterhin ist ein Hebel 1461 zu erkennen, der im Bereich 1462 schwenkbar gelagert ist. An dem Hebel 1461 ist ein Gleitschuh oder eine Rolle 1463 beispielsweise drehbar oder gleitend gelagert, die sich im Bereich des Kurvenprofiles 1460 abstützt. Gleichzeitig ist an dem Hebel 1461 der Stößel 1441 des Geberzylinderkolbens 1440 angelenkt, so daß durch die Verdrehung des Hebels 1461 aufgrund des Kurvenprofiles 1460 eine Ansteuerung des Geberzylinders 1440 erfolgt. Durch die Ansteuerung des Hydraulikgeberzylinders 1440 wird eine Übertragung der Betätigungsbewegung des Drehmomentübertragungssystemes mittels der hydraulischen Strecke oder einer anderen Druckmittelstrecke erreicht.
Das Kurvenprofil 1460 ist derart ausgestaltet, daß die Verschwenkung des Hebels 1461 über einen ersten Teilbereich zum Ausrücken der Kupplung beaufschlagt wird, anschließend die Verschwenkung im wesentlichen konstant gehalten ist, um die Kupplung im ausgerückten Zustand zu halten und über einen dritten Teilbereich derart ausgestaltet ist, daß die Kupplung durch die Verschwenkung des Hebels 1461 eingerückt wird.
Die 30 zeigt einen Schnitt durch die Betätigungsvorrichtung 1400 mit dem Aktor 1402 sowie dem Gehäuse 1404. Die Motorwelle 1430 treibt die Schnecke 1431 an, die das Schnekenzahnrad 1432 kämmt. Die Motorwelle ist mittels der Lager 1470 und 1471 gelagert. Mit dem Schneckenrad 1432 ist die Kurvenscheibe 1433 im wesentlichen drehfest verbunden. Der Hebel 1472 ist im Bereich 1473 schwenkbar gelagert und weist im Bereich 1474 einen Gleitschuh oder eine Rolle auf zur Beaufschlagung des Kurvenprofiles 1475 der Kurvenscheibe 1433. An dem Hebel 1472 ist ein Anlenkungsbereich 1476, wie beispielsweise Zapfen, vorgesehen, an welchem der Stößel 1477 des Kraftspeichers 1450 angreifen kann. Der Kraftspeicher 1450 ist innerhalb eines Gehäuses 1478 aufgenommen, wobei Haltebereiche 1479 und 1480 vorgesehen sind, die zumindest teilweise in die radial inneren Endbereiche des Kraftspeichers eingreifen. Der Bereich 1480 ist mit dem Gehäuse einstückig ausgebildet oder mit diesem verbunden, wobei der Bereich 1479 mit dem Stößel 1477 verbunden ist. Weiterhin weist der Stößel einen Anschlagbereich 1481 auf, an welchem eine Abstützung des Kraftspeichers erfolgt. Durch die Anlage des Angriffsbereiches 1474 im Bereich des Kurvenprofiles 1475 erfolgt bei einer Drehung der Kurvenscheibe 1433 eine Wegmodulation des Stößel 1477 und damit des Kraftspeichers 1450. Die Kraftwirkung des Kraftspeichers erfolgt somit moduliert auf das Kurvenprofil der Kurvenscheibe. Der Kraftspeicher unterstützt somit, zumindest über einen Teilbereich der Betätigungsbewegung, den Elektromotor, wie Aktor, 1402. Die Kraftunterstützung kann für die Schaltbetätigung und/oder die Kupplungsbetätigung erfolgen.
Die 31 zeigt einen Schnitt durch den Aktor 1400, wobei die Motorabtriebswelle 1430 und das Schneckenrad 1431 dargestellt ist. Das Schneckenrad 1431 kämmt das Schneckenzahnrad 1432 zum Antrieb einer Betätigungsbewegung innerhalb des Getriebes und des Drehmomentübertragungssystemes. Das Schneckenzahnrad 1432 ist auf einer Welle 1480 drehbar gelagert, wobei die Welle 1480 mittels der Lager 1481 und 1482, wie Wälzlager oder Gleitlager oder Nadellager, drehbar gelagert ist. Mit dem Schneckenzahnrad 1432 ist das Element 1433, 1434, 1435 im Bereich der Befestigungsmittel 1485, 1486 verbunden, wobei die Befestigungsmittel Schrauben oder Nieten oder eine Steckverbindung oder eine Schnappverbindung sein kann. Das Element 1433, 1434, 1435 ist in diesem Ausführungsbeispiel einstückig ausgebildet, wobei die Kurvenscheiben 1433 und 1434 durch einen Abstandshalter 1435 verbunden sind. Weiterhin sind die Kurvenscheiben und der Abstandshalter im Bereich der Achse 1480 drehbar aufgenommen. Die Kurvenscheibe 1434 ist mit einem Befestigungsmittel 1484 mit der Walze 1420 drehfest verbunden, die ihrerseits wiederum mittels der Achse 1480 drehbar gelagert ist. Die Walze 1420 weist zumindest eine Nut 1421 auf, in die der Zapfen 1422 eingreift. Durch die Verdrehung der Walze 1420 und die Modulation der Nut 1421 erfolgt eine Verschwenkung des Elementes 1423 und somit eine Verschwenkung der zentralen Schaltwelle 1409. Dadurch wird der Schaltfinger 1412 im Bereich der Betätigungsbereiche der Schaltgabeln 1413 bis 1415 derart betätigt, daß die Schaltgabeln zum Schalten der Getriebegänge betätigbar sind.
Zwischen dem Gehäuse 1404 und der Walze 1420 ist ein Kraftspeicher 1483 angeordnet, welcher beispielsweise als Spiralfeder oder Schenkelfeder ausgebildet ist. Die Endbereiche 1483a und 1483b sind zum einen gehäusefest und zum anderen, zumindest über Teilbereiche der Bewegung der Walze 1420, zumindest formschlüssig oder reibschlüssig mit der Walze verbunden. Dadurch wird erreicht, daß eine Kraftwirkung des Kraftspeichers zur Unterstützung der Antriebseinheit, wie Aktor, 1402 zum Schalten oder zum Ein- oder Ausrücken der Kupplung vorgesehen ist. Die formschlüssige Verbindung zwischen dem Kraftspeicherende 1483b und der Walze kann derart ausgebildet sein, daß der Kraftspeicher über einen Teilbereich ohne kraftschlüssige Verbindung unwirksam ist und über einen anderen Teilbereich mittels einer kraftschlüssigen Verbindung eine Betätigungs- oder Unterstützungskraft auf die Walze überträgt. Diese Kraftwirkung kann durch die gewählte formschlüssige Verbindung in verschiedenen Teilbereich der Betätigungsbewegung jeweils eine Kraftwirkung in entgegengesetzte Wirkrichtungen aufweisen.

Claims

Betätigungsvorrichtung für Kraftfahrzeuge mit einem Motor, einem Drehmomentübertragungssystem, und einem Getriebe, das Drehmomentübertragungssystem weist ein erstes Mittel zum Ein- und/oder zum Ausrücken oder zum Ansteuern des von dem Drehmomentübertragungssystem übertragbaren Drehmomentes auf, das Getriebe weist zumindest ein zweites Mittel zur Ansteuerung des Schaltvorganges innerhalb von Schaltgassen und ein drittes Mittel zur Ansteuerung des Wählvorganges zwischen den Schaltgassen auf, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Aktoren von einem elektronischen Steuergerät angesteuert werden, wobei ein erster Aktor zwei Mittel der drei Mittel zur Ansteuerung des Kupplungsbetätigungs-, Schalt- und/oder Wählvorganges gezielt betätigt und wobei ein zweiter Aktor das vom ersten Aktor nicht betätigte dritte Mittel der drei Mittel sowie eines der vom ersten Aktor betätigten Mittel zur Ansteuerung des Kupplungsbetätigungs-, Schalt- und/oder Wählvorganges gezielt betätigt.
Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Aktor die Mittel zum Kuppeln und Wählen betätigt und der zweite Aktor die Mittel zum Kuppeln und Schalten betätigt.
Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Aktor die Mittel zum Schalten und Wählen betätigt und der zweite Aktor die Mittel zum Kuppeln und Schalten betätigt.
Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Aktor die Mittel zum Kuppeln und Wählen betätigt und der zweite Aktor die Mittel zum Schalten und Wählen betätigt.