DE19723610A1 - Notbetätigung für ein automatisches Schaltgetriebe - Google Patents

Notbetätigung für ein automatisches Schaltgetriebe

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Description

Die Erfindung betrifft eine Stelleinrichtung für ein Schaltge­ triebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem rotatorisch und translatorisch angetriebenen, in verschiedene Schaltstellun­ gen bewegbaren Stellglied, wobei mindestens eine der Antriebs­ bewegungen von einer einerseits mit einem Stellantrieb und ande­ rerseits mit dem Stellglied in Verbindung stehenden Antriebswel­ le eingeleitet wird.
Eine solche Stelleinrichtung ist beispielsweise aus der DE 43 11 855 A1 bekannt, die zur Betätigung der Schaltwelle eines Kraft­ fahrzeug-Schaltgetriebes dient. Bei dieser Stelleinrichtung ist der erste Antrieb senkrecht zum zweiten Antrieb angeordnet. Das Verdrehen der Schaltwelle erfolgt über den ersten Antrieb und das Verschieben durch den zweiten Antrieb.
Wenn einer der Antriebe ausfällt, kann das Schaltgetriebe nicht mehr oder nur stark eingeschränkt betätigt werden. Ist ein Gang mit zu hoher Übersetzung geschaltet, kann das Fahrzeug nicht mehr benutzt werden. Um das Fahrzeug jedoch zumindest mit eige­ ner Kraft in eine Werkstatt bringen zu können, muß eine mechani­ sche Notbetätigung vorgesehen sein, so daß das Getriebe zumin­ dest von Hand schaltbar ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Notbetätigung für die eingangs beschriebene Stelleinrichtung zur Verfügung zu stellen, mit der bei Ausfall eines der Stellantriebe die Funk­ tionsfähigkeit aufrecht erhalten wird.
Zur Problemlösung zeichnet sich die gattungsgemäße Stelleinrich­ tung durch mindestens einen weiteren Stellantrieb aus, der selbsttätig mit der Antriebswelle mechanisch kuppelbar ist.
Für den Fall, daß der Haupt-Stellantrieb für eine Richtung aus­ fällt, kann über den weiteren Stellantrieb (Not-Stellantrieb) dann die entsprechende Bewegung eingeleitet werden. Dadurch, daß der Not-Stellantrieb selbsttätig mit der Antriebswelle kuppelt, ist keine aufwendige Bedienung für den Fahrer notwendig. Durch Inbetriebnahme des weiteren Stellantriebs wird die Verbindung hergestellt. Durch die mechanische Verbindung zwischen Stellan­ trieb und Antriebswelle ist eine sichere Funktionsweise gewähr­ leistet. Da der weitere Stellantrieb nur im Notfall zum Einsatz kommt, kann er wesentlich kleiner ausgebildet sein, als der Haupt-Stellantrieb.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist gegeben, wenn auf der Antriebswelle ein frei drehbares mit dem weiteren Stell­ antrieb verbundenes Antriebselement angeordnet ist, das bei über den ersten Stellantrieb (Haupt-Stellantrieb) angetriebener An­ triebswelle still steht und über einen federbelasteten Kupp­ lungsring mit der Antriebswelle starr verbindbar ist, wobei der Kupplungsring formschlüssig mit der Antriebswelle und dem An­ triebselement verbindbar ist.
Durch diese Ausgestaltung kann der Kupplungsring sowohl in die Welle als auch das Antriebselement eingreifen, wenn das An­ triebselement relativ zu der Welle gedreht wird.
Hierzu weist der Kupplungsring vorzugsweise mindestens zwei axiale Zapfen auf und das Antriebselement entsprechend minde­ stens zwei zur Aufnahme des Zapfens vorgesehene Ausnehmungen. Die Antriebswelle kann mit mindestens zwei radialen Nocken ver­ sehen sein und der Kupplungsring mit radial innen entsprechend mindestens zwei Ausnehmungen zur Aufnahme der Nocken. Wird das Antriebselement verdreht, kommen die Ausnehmungen in Überein­ stimmung zu den Zapfen, so daß der federbelastete Kupplungsring auf der Welle axial verschoben und mechanisch mit dem Antriebs­ element verbunden wird. Bei einer weiteren Verdrehung des An­ triebselement dreht sich der Kupplungsring mit, bis die radial inneren Ausnehmungen die Nocken auf der Welle überdecken und der Kupplungsring auch auf die Welle einrastet, so daß die Antriebs­ welle nun mechanisch starr mit dem weiteren Antrieb gekuppelt ist.
Vorzugsweise ist das Antriebselement ein Schneckenrad, das ins­ besondere vorzugsweise selbsthemmend ausgebildet und über ein Zahnrad vom weiteren Stellantrieb antreibbar ist. Das Getriebe kann aber auch als Pulsargetriebe ausgebildet sein. Eine eben­ falls mögliche Ausbildungsform des Getriebes ist in der DE 42 38 368 A1 offenbart und eingehend erläutert.
Der Kupplungsring wird vorzugsweise von einer Tellerfeder bela­ stet, so daß für ihn in seiner wirkungslosen Stellung eine defi­ nierte Lage einstellbar ist.
Insbesondere vorteilhaft ist es, wenn beide Antriebsbewegungen von je einer einerseits mit einem Stellantrieb und andererseits mit dem Stellglied in Verbindung stehenden Antriebswelle einge­ leitet wird, so daß für beide Bewegungsarten eine identisch auf­ gebaute Notbetätigung verwendet werden kann.
Die Stellantriebe sind vorzugsweise Elektromotoren. Die weiteren Stellantriebe können durch eine geeignete Schaltung selbsttätig zugeschaltet werden, wenn der Haupt-Stellantrieb ausfällt. Es kann aber auch ein Schalter vorgesehen sein, der durch den Fah­ rer im Bedarfsfall aktiviert werden muß.
In die Elektromotoren können Positionssensoren integriert und benutzt werden, wie sie beispielsweise in der DE 44 33 825 A1 beschrieben sind.
Ein Verfahren zur Notbetätigung der Stelleinrichtung bei Ausfall mindestens eines der Haupt-Stellantriebe zeichnet sich durch folgende Schritte aus:
  • - beide Not-Stellantriebe werden für eine definierte Zeit in einer definierten Richtung und in definierter Reihenfolge angetrieben, bis sie vor mechanische An­ schläge fahren,
  • - den Anschlägen ist eine definierte Position zugeordnet worden,
  • - die Zeitdauer für den Antrieb der Not-Stellantriebe wird so definiert, daß die Anschläge mit Sicherheit erreicht werden.
Die Not-Stellantriebe können gleichzeitig oder wechselseitig in vorgegebenem Takt angetrieben werden.
Insbesondere vorteilhaft ist es, wenn zunächst eine Referenzpo­ sition für den Nocken, der mit der Schaltklaue zusammenwirkt, definiert wird. Dann wird der Gangmotor inkrementweise und daran anschließend der Gassemotor angetrieben, wobei die Antriebsdauer des Gassemotors so gewählt ist, daß die Referenzposition aus jeder Stellung des Nockens anfahrbar ist. Dieser wechselseitige Antrieb von Gangmotor und Gassemotor wird so lange wiederholt, bis die Referenzposition sicher erreicht ist, der Gangmotor folglich in jedem Fall auch einmal die Neutralgasse erreicht hat, in der dann der Gassemotor die Referenzposition anfahren kann. Der Gangmotor muß also in beide Richtungen so oft kurz bestromt worden sein, daß er theoretisch alle Positionen einmal eingenommen haben kann. Nach Erreichen der Referenzposition wird zunächst einer der Not-Stellantriebe und anschließend der andere Not-Stellantrieb angetrieben, um das Schaltgetriebe zu schalten. Wenn also als Referenzposition der Rückwärtsgang definiert wor­ den ist, führt das wechselseitige Antreiben der Not-Stellantrie­ be dazu, daß der Rückwärtsgang ausgelegt wird, sobald die Neu­ tralgasse erreicht ist und die vorgespannte Gasse gewechselt wird. Sobald die Gasse vom ersten zum zweiten Gang erreicht wird, wird nun der vorgespannte zweite Gang eingelegt. Die Moto­ ren hangeln sich also an der Kulisse entlang, wobei vorzugsweise gegenüberliegende Gänge eingelegt werden können. Damit das Fahr­ zeug betriebsbereit ist, muß zumindest auch der Rückwärtsgang eingelegt werden.
In bezug auf ein übliches H-Schaltgetriebe ist als Gangmotor der Stellantrieb zu verstehen, der die Schaltklaue in den Schaltweg 1.-2. bzw. 3.-4. Gang bedient, während als Gassemotor der Stellantrieb bezeichnet ist, der die hierzu notwendige Querbewe­ gung ausführt.
Mit Hilfe einer Zeichnung soll die Erfindung nachfolgend näher beschrieben werden. Es zeigt:
Fig. 1 eine Stelleinrichtung für ein Schaltgetriebe im Teil­ schnitt;
Fig. 2 den Schnitt entlang der Linie II-II gemäß Fig. 1;
Fig. 3a und 3b perspektivische Darstellungen des Kupplungsringes;
Fig. 4 die perspektivische Darstellung der Stelleinrichtung gemäß Fig. 1 ohne weitere Stellantriebe;
Fig. 5 Schaltschemen für typische H-Schaltgetriebe;
Fig. 6 Wirkrichtungen.
Die Stelleinrichtung weist einen ersten Antriebsmotor 1 und ei­ nen zweiten Antriebsmotor 17 auf, die zueinander um 90° versetzt angeordnet und jeweils mit einer Antriebswelle 4, 16 verbunden sind. Im Gehäuse 19 ist ein Rohr 11 translatorisch und rotato­ risch gelagert. Das Rohr 11 ist mit einem Nocken 12 versehen, der in die Schaltklaue des hier nicht näher dargestellten Schaltgetriebes eingreift. Die mit dem Antriebsmotor 1 verbunde­ ne Welle 4 ist an ihrem unteren Ende mit einem Ritzel 8 verse­ hen, das mit einem Zahnrad 10 zusammen kämmt, über das das Rohr 11 in Drehbewegung versetzt werden kann. Auf der Welle 16, die mit dem anderen Antriebsmotor 17 verbunden ist, ist ein Segmentzahnrad 15 aufgesetzt, das mit der Zahnstange 13 zusam­ menwirkt, die über einen Bolzen 14 mit dem Rohr 11 verbunden ist. Bei einer Drehbewegung des Segmentzahnrades 15 wird folg­ lich das Rohr 11 in das Gehäuse 19 eingezogen oder aus diesem herausgeschoben. Über Lager 7, 8 sind die Wellen 4, 16 im Gehäu­ se 19 gelagert. Zur weiteren Erläuterung der Funktionsweise wird auf die deutsche Gebrauchsmusteranmeldung der Anmelderin Nummer 296 22 669.6 verwiesen, auf deren vollständigen Inhalt Bezug genommen wird.
Für beide Antriebsmotoren 1, 17 ist eine Notbetätigung vorgese­ hen, die zum Einsatz kommt, wenn der entsprechende Motor aus­ fällt. In der Fig. 1 ist nur die Notbetätigung für den Motor 1 dargestellt, die nachfolgend erläutert werden soll.
In einer Ausnehmung 20 im Gehäuse 19 ist die Welle 4 mit einem Sitz für ein Schneckenrad 5 versehen. Das Schneckenrad 5 ist selbsthemmend ausgebildet und sitzt auf der Welle 4 frei drehend. Es kämmt mit einem Zahnrad 22 zusammen, das auf einer Welle 21 sitzt, die mit einem weiteren Antriebsmotor 18 verbun­ den ist, der kleiner ausgebildet ist als der Antriebsmotor 1. Zwischen dem Schneckenrad 5 und dem Antriebsmotor 1 ist ein von einer Tellerfeder 2 belasteter Kupplungsring 3 vorgesehen, der sich auf dem Schneckenrad 5 abstützt. Wird die Antriebswelle 4 vom Antriebsmotor 1 gedreht, bleiben das Schneckenrad 5 und der Kupplungsring 3 stehen. Der Kupplungsring 3 ist, wie den Fig. 3a und 3b entnehmbar ist, mit zwei diametral angeordneten Zapfen 3b versehen, mit denen er sich am Schneckenrad 5 abstützt. Radi­ al innen ist er mit zwei diametralen Ausnehmungen 3a versehen. Das Schneckenrad ist mit zu den Zapfen 3b des Kupplungsrings 3 korrespondierenden Ausnehmungen 5a versehen. Die Welle 4 weist zu den Ausnehmungen 3a des Kupplungsrings 3 korrespondierende diametrale Nocken 6 auf.
Fällt der Antriebsmotor 1 aus, wird der Antriebsmotor 18 zuge­ schaltet, so daß über das Zahnrad 22 das Schneckenrad 5 bei ste­ hender Welle 4 in Drehung versetzt wird. Wenn die Ausnehmungen 5a zu den Zapfen 3b des Kupplungsrings 3 in Überdeckung gelan­ gen, wird der Kupplungsring 3 von der Tellerfeder 2 axial ver­ schoben, rastet in das Schneckenrad 5 ein und wird mit diesem weitergedreht. Kommen jetzt die Ausnehmungen 3a des Kupplungs­ ringes 3 in Überdeckung zu den Nocken 6 auf der Welle 4, erfolgt eine weitere axiale Verschiebung des Kupplungsrings 3 und dieser verrastet mit der Welle 4, so daß nun die Welle 4 vom Antriebs­ motor 18 in Drehung versetzt wird. In der Fig. 1 ist im Fenster 20 der Kupplungsring 3 in seiner wirkungslosen Stellung in der linken Bildhälfte und auf der rechten Hälfte in seiner die Welle 4 mit dem Antriebsmotor 18 mechanisch kuppelnden Stellung darge­ stellt.
Die Einrichtung zur Notbetätigung der Welle 16 für die transla­ torische Bewegung ist hierzu identisch ausgebildet. Die Notbetä­ tigung kann so angepaßt sein, daß nur Schaltbewegungen in einge­ schränktem Umfange (beispielsweise Rückwärtsgang + ein Vorwärts­ gang) durchgeführt werden können.
Mit Hilfe der Fig. 5 und 6 soll das Verfahren zur Notbetäti­ gung der Stelleinrichtung bei Ausfall mindestens eines der Haupt-Stellantriebe erläutert werden. Bei dem vorstehend erläu­ terten Ausführungsbeispiel ist der Gangmotor der Antriebsmotor 1 bzw. der diesem zugeordnete Not-Antriebsmotor 18. Der Antriebs­ motor 17 bzw. der diesen ersetzenden, hier nicht näher darge­ stellte Not-Antriebsmotor stellt den Gassemotor dar. Die Gang­ richtung ist die Richtung A-B, die Gasserichtung die Richtung c-d.
Im nachfolgend beschriebenen Beispiel soll als Referenzpunkt die Position R-Gang im Schaltschema I angenommen sein. Bei Ausfall eines der Hauptantriebe 1, 17 wird automatisch der Notbetrieb aktiviert. Zunächst werden die beiden Hilfs-Stellmotoren abwech­ selnd so angetrieben, daß der Nocken 12 (sofern infolge der Stellung in der Schaltkulisse möglich) in Richtung B und c be­ wegt wird. Dabei wird der Gangmotor kurz bestromt (beispielswei­ se für 0,1 Sekunde) und der Gassemotor solange, daß mit einmali­ gen Bestromen der ganze Weg d-c, also von Stellung 5-Gang bis R-Gang verfahrbar ist (beispielsweise 2 Sekunden). Der Wechsel wird ca. zehn mal wiederholt. Dann wird die Drehrichtung des Gangmotors geändert. Dabei wird zunächst kurz und wiederholt in Richtung A angetrieben. Dann wird abwechselnd der Gangmotor in Richtung A und der Gassemotor in Richtung C angetrieben. Dabei wird der Gangmotor kurz und der Gassemotor lange bestromt, wie zuvor erläutert. Nach zehnmaligem Wiederholen dieses Wechsels ist sichergestellt, daß der Rückwärtsgang R geschaltet ist. Im beschriebenen Beispiel hat dieser Vorgang ca. 42 Sekunden gedau­ ert. Durch Schließen der Kupplung kann nun in Rückwärtsrichtung gefahren werden. Zum Vorwärtsfahren soll der zweite Gang einge­ legt werden. Dazu wird abwechselnd der Gangmotor in Richtung B und der Gassemotor in Richtung d angetrieben. Dabei wird der Gangmotor lange (ca. 2 Sekunden) und der Gassemotor kurz (ca. 0,1 Sekunde) bestromt. Nach zehnmaligem Wiederholen des Wechsels ist dann der zweite Gang geschaltet. Zum Wechsel in den Rück­ wärtsgang R wird dann wieder abwechselnd der Gangmotor in Rich­ tung A und der Gassemotor in Richtung c angetrieben. Um ein mög­ liches Verschalten in den ersten Gang sicher zu verhindern, wird der Gangmotor kurz (beispielsweise 0,1 Sekunde) und der Gassemo­ tor lang (beispielsweise 2 Sekunden) angetrieben.
In den anderen Schaltschemen und bei Annahme anderer Referenz­ punkte kann die Notbetätigung entsprechend durchgeführt werden. Immer wenn ein Motor lange Zeit angetrieben wird, könnte er auch permanent angetrieben sein. Eine Bewegung des Nockens 12 kann nur dann durchgeführt werden, wenn durch die Schaltkulisse ein entsprechender Weg vorgegeben ist. Die Not-Motoren hangeln sich also sozusagen blind an der Kulisse entlang. Für die Notbetäti­ gung werden vorzugsweise sich gegenüberliegende Gänge einzulegen sein, wobei der Rückwärtsgang R hierzu immer ausgewählt werden sollte.
Bezugszeichenliste
1
Antriebsmotor/Stellantrieb
2
Tellerfeder
3
Kupplungsring
3
a Ausnehmung
3
b Zapfen
4
Antriebswelle
5
Schneckenrad/Antriebselement
5
a Ausnehmung
6
Nocken
7
Lager
8
Ritzel
9
Lager
10
Zahnrad
11
Rohr
12
Nocken/Stellglied
13
Zahnstange
14
Bolzen
15
Segmentzahnrad
16
Antriebswelle
17
Antriebsmotor/Stellantrieb
18
Antriebsmotor/Stellantrieb
19
Gehäuse
20
Fenster
21
Welle
22
Zahnrad

Claims (15)

1. Stelleinrichtung für ein Schaltgetriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem rotatorisch und translatorisch angetriebenen, in verschiedene Schaltstellungen bewegbaren Stellglied (12), wobei mindestens eine der Antriebsbewegun­ gen von einer einerseits mit einem Stellantrieb (1) und andererseits mit dem Stellglied (12) in Verbindung stehen­ den Antriebswelle (4) eingeleitet wird, gekennzeichnet durch einen weiteren Stellantrieb (18), der selbsttätig mit der Antriebswelle (4) mechanisch kuppelbar ist.
2. Stelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Antriebswelle (4) ein frei drehbares mit dem weiteren Stellantrieb (18) verbundenes Antriebselement (5) angeordnet ist, das bei über den ersten Stellantrieb (1) angetriebener Antriebswelle (4) still steht und über einen federbelasteten Kupplungsring (3) mit der Antriebswelle (4) starr verbindbar ist, wobei der Kupplungsring (3) form­ schlüssig mit der Antriebswelle (4) und dem Antriebselement (5) verbindbar ist.
3. Stelleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kupplungsring (3) mindestens zwei axiale Zapfen (3b) aufweist und das Antriebselement (5) entsprechend min­ destens zwei Ausnehmungen (5a) zur Aufnahme der Zapfen (3b) aufweist.
4. Stelleinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Antriebswelle (4) mindestens zwei radiale Nocken (6) aufweist und der Kupplungsring (3) radial innen entsprechend mindestens zwei Ausnehmungen (3a) zur Aufnahme der Nocken (6) aufweist.
5. Stelleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebselement (5) ein Schneckenrad ist.
6. Stelleinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Schneckenrad (5) selbsthemmend ausgebildet ist und über ein Zahnrad (22) vom weiteren Stellantrieb (18) an­ treibbar ist.
7. Stelleinrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kupplungsring (3) von einer Tellerfeder (2) belastet ist.
8. Stelleinrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe des weiteren Stellantriebs (18) als Pulsargetriebe ausgebildet ist.
9. Stelleinrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beide Antriebsbewe­ gungen von je einer einerseits mit einem Stellantrieb (18) und andererseits mit dem Stellglied (12) in Verbindung ste­ henden Antriebswelle (4, 16) eingeleitet wird und zwei wei­ tere Stellantriebe (18) vorgesehen sind, die voneinander unabhängig selbsttätig mit je einer der Antriebswellen (4, 16) mechanisch kuppelbar sind.
10. Stelleinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellantriebe (1, 17, 18) Elektromotoren sind.
11. Stelleinrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Stell­ antrieb (18) bei Ausfall des Haupt-Stellantriebs (1) auto­ matisch anläuft.
12. Verfahren zur Notbetätigung der Stelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 bei Ausfall mindestens einer der Haupt-Stellantriebe (1) mit folgenden Schritten:
  • - beide Not-Stellantriebe (18) werden für eine definier­ te Zeit in einer definierten Richtung und in definier­ ter Reihenfolge angetrieben, bis sie vor mechanische Anschläge fahren,
  • - den Anschlägen ist eine definierte Position zugeordnet worden,
  • - die Zeitdauer für den Antrieb der Not-Stellantriebe (18) wird so definiert, daß die Anschläge mit Sicher­ heit erreicht werden.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Not-Stellantriebe (18) gleichzeitig angetrieben werden.
14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Not-Stellantriebe (18) wechselseitig in vorgegebenem Takt angetrieben werden.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine Referenzposition für das Stellglied (12) definiert wird, zunächst der Gangmotor inkrementweise angetrieben und daran anschließend der Gassemotor angetrieben wird, wobei die Antriebsdauer des Gassemotors so gewählt ist, daß die Referenzposition aus jeder Stellung des Stellgliedes (12) anfahrbar ist,
  • - Wiederholung des wechselseitigen Antriebs von Gangmo­ tor und Gassemotor, bis die Referenzposition sicher erreicht ist,
  • - nach Erreichen der Referenzposition Antreiben zunächst eines der Not-Stellantriebe und anschließend das An­ treiben des anderen Not-Stellantriebs, um das Schalt­ getriebe zu schalten.
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