DE19803541A1

DE19803541A1 - Stelleinrichtung für die automatisierte Betätigung eines Schaltgetriebes

Info

Publication number: DE19803541A1
Application number: DE1998103541
Authority: DE
Inventors: Andreas Dipl Ing Ratte; Jens Dipl Ing Dorfschmid
Original assignee: Mannesmann Sachs AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1998-01-30
Filing date: 1998-01-30
Publication date: 1999-08-12
Anticipated expiration: 2018-01-31
Also published as: DE19803541B4

Description

Die Erfindung betrifft eine Stelleinrichtung für die automatisierte Betätigung eines Schaltgetriebes gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Es sind bereits Stellantriebe zur automatisierten Betätigung eines Schaltgetriebes z. B. aus der DE 296 22 669 U1 bekannt. Bei diesem Stellantrieb handelt es sich um einen elektromotorischen Stellantrieb. Es sind zwei Elektromotoren vorgesehen, durch die ein in das Getriebegehäuse herausragendes Schaltelement rotatorisch und translatorisch antreibbar ist. Diese Elektromotoren stehen über ein Getriebemechanismus mit dem Schaltelement in Wirkverbindung und weisen jeweils ein rotatorisch antreibbares Ab triebsteil auf.

Nachteilig ist bei dieser Stelleinrichtung, daß bei einer fehlerhaften Ansteuerung der Antriebe übermäßig große Kräfte an Bauteilen der Stelleinrichtung oder im Getriebe anfallen können. Dadurch kann es zur Schädigung der Stelleinrichtung selbst, insbeson dere im Getriebemechanismus, bzw. des Getriebes kommen.

Aufgabe der Erfindung ist es übermäßig eingeleitete Kräfte zu kompensieren.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch die im Patentanspruch 1 gegebenen Merkmale gelöst. Durch die Maßnahme ein Übertragungselement mit einer vorbestimmten Steifig keit vorzusehen, sind die mittels daßelben Übertragbaren Kräfte begrenzt. Werden ein vorbestimmtes Maß überschreitende Kraft eingeleitet, so resultiert aus dieser Kraft eine elastische Verformung des Übertragungselementes. Damit fällt ein Großteil der eingelei teten Kraft am Übertragungselement ab. Damit ist die das normale Maß überschreiten de Kraft kompensiert.

Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, das Übertragungselement fest mit dem Ab triebsteil zu verbinden, bzw. einstückig auszubilden. Bei dieser Ausführungsform wird das Übertragungselement rotatorisch angetrieben. Das Übertragungselement weist eine vorbestimmte Torsionssteifigkeit auf, so daß aus einem, ein vorbestimmtes Maß über schreitendem Drehmoment eine Torsion des Übertragungselementes resultiert.

Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, eine flexible Welle, die standardisiert erhältlich ist, einzusetzen. Durch solche flexiblen Wellen werden einerends der Welle eingeleitete Bewegungen über eine große Distanz hinweg zum anderen Ende der Welle nahezu voll ständig übertragen, solange die auf die Welle wirkende Kraft unterhalb der für die Tor sion der Welle erforderlichen Kraft, die durch die Torsionssteifigkeit der Welle vorbe stimmt ist, liegt. Durch den Einsatz solcher Übertragungselemente, insbesondere solcher flexiblen Wellen, die bereits standardisiert preisgünstig erhältlich sind, können die An triebe entfernt von dem Schaltgetriebe, in dessen unmittelbarer Umgebung der Bau raum knapp ist, angeordnet werden.

Weiterhin hat es sich als vorteilhaft herausgestellt als Übertragungselement eine Zahn stange mit einer vorbestimmten Formsteifigkeit vorzusehen. Die Zahnstange wird über ein zwischengeschaltetes Getriebe durch einen zugeordneten Antrieb translatorisch an getrieben. Befindet sich das Getriebe bzw. das Schaltelement bereits in einer Anschlag position und wird die Zahnstange fortwährend in Richtung Anschlagposition angetrie ben, so wird die eingeleitete Bewegung in eine elastische Verformung der Zahnstange überführt.

Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, die Zahnstange mittels einer zugeordneten eine Auflagefläche bildenden Führung zu lagern. Mit einer elastischen Verformung der Zahn stange löst sich die Zahnstange zumindestens über Teilbereiche von der Führung sich gegen dieselbe abstützend ab. Mit Antrieb in die entgegengesetzte Richtung wird die Zahnstange wieder in Richtung Auflage zurückgeführt. Durch Vorgabe der vorbestimm ten Formsteifigkeit weicht die Zahnstange bei einer wirkenden übermäßigen Kraft in einer von der eingeleiteten Richtung der Bewegung abweichenden Richtung aus.

Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, das Übertragungselement mit einem Getriebe eingangselement, daß mit einem mit dem Schaltelement verbundenen Getriebeaus gangselement zusammenwirkt, zu versehen. Ist als Übertragungselement eine elastische Welle vorgesehen, hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, als Getriebeeingangselement eine Schneckenwelle vorzusehen. Diese Schneckenwelle steht mit einer zugeordneten Verzahnung eines mit dem Schaltelement verbundenen Getriebeausgangselements in Eingriff. Durch Vorsehen eines Schneckengetriebes ist eine hohe Untersetzung realisier bar, wodurch Elektromotoren mit geringer Leistung einsetzbar sind. Solche Elektromoto ren sind als Standartbauteile kostengünstig erhältlich, was sich vorteilhaft auf die Her stellungskosten der Stelleinrichtung auswirkt. Je kleiner die durch die Elektromotoren aufzubringende Leistung ist, desto kleiner sind die Elektromotoren dimensioniert.

Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt das Schaltelement mit einer Längsverzahnung und einer Radialverzahnung zu versehen, durch die die beiden Bewegungsarten ent koppelt voneinander durch die Antriebe einleitbar sind. Als Schaltelement kann die Schaltwelle des Schaltgetriebes vorgesehen sein. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, eine Längsverzahnung und eine radiale Verzahnung mit der Schaltwelle fest zu verbin den. Durch Ausbildung der Verzahnungen über einen, im Hinblick auf den maximalen Bewegungsradius ausgebildeten Erstreckungsbereich, ist die Schaltwelle bzw. das Schal telement durch jeden Antrieb entkoppelt von dem anderen Antrieb in der jeweiligen Bewegungsrichtung antreibbar.

Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt den Ausgangselementen jeweils einen Sensor zuzuordnen, durch die die Stellbewegung des Schaltelementes repräsentierende Signale der Steuereinrichtung zugeleitet werden. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt den Sensor mit der Bewegung des Ausgangsteils zu koppeln, so daß nur die vom Übertra gungselement auf das Ausgangsteil übertragene Bewegung detektiert wird, die einer Bewegung des Schaltelementes entspricht. Weitere vorteilhafte Maßnahmen sind in Unteransprüchen beschrieben.

Im folgenden wir die Erfindung anhand einiger Ausführungsbeispiele näher beschrie ben. Es zeigt:

Fig. 1 Vorrichtung zur automatisierten Betätigung eines Schaltgetriebes

Fig. 2 Getriebeaktuator mit verschiedenen Wellen

Anhand von Fig. 1 wird im folgenden der prinzipielle Aufbau näher beschrieben. Die Stelleinrichtung 1 umfaßt einen ersten Antrieb 3 in Form eines Elektromotors 4, dessen Abtriebsteil 7 mit einem Stirnrad 8 verbunden ist. Dieses Stirnrad 8 steht in Eingriff mit einer zugeordneten Zahnstange 43. Die Zahnstange steht wiederum mit einer an der Schaltwelle 13 eines Schaltgetriebes ausgebildeten Verzahnung 20, hier Längsverzah nung 21, in Eingriff. Die Zahnstange 43 liegt mit dem Rücken auf einer Führung 31 auf. Beidseitig des Stirnrades und beidseitig der Verzahnung 20 sind Lager 29 vorgesehen, durch die das Aufliegen der Zahnstange 43 auf der Führung 31 und somit ein in Eingriff stehender Verzahnung der Zahnstange 43 gewährleistet ist. Endseitig auf der der Schaltwelle 13 zugeordneten Seite ist der Zahnstange 43 ein Sensor 33 zugeordnet, der die Bewegung der Zahnstange 43 aufnimmt, die einer Rotationsbewegung der Schalt welle 13 entspricht und einer nicht dargestellten Steuereinrichtung zugeführt wird. Die Stelleinrichtung 1 weist einen weiteren Elektromotor 6 als Antrieb 5 für einen translato rischen Antrieb der Schaltwelle 13 auf. Dieser Elektromotor 6 weist ein einstückig mit einer flexiblen Welle 18 ausgebildetes Abtriebsteil 9 auf. Diese flexible Welle 18 ist end seitig fest mit einer Schneckenwelle 27 verbunden, die durch zwei Lager 29 gelagert ist. Die Verzahnung der Schneckenwelle steht mit einer mit der Schaltwelle 1 3 fest verbun denen Verzahnung 20, hier Radialverzahnung 23, in Eingriff. Endseitig ist die Schneck enwelle mit einem Sensor 35, hier Inkrementalgeber 36 versehen, der die Bewegung der Schneckenwelle 27 aufnimmt. Die mit der Schaltwelle 13 fest verbundenen Verzah nungen können auch einstückig mit der Schaltwelle ausgebildet sein. Durch das Vorse hen einer Längsverzahnung 21 und der Radialverzahnung 23 sind die Antriebe vonein ander entkoppelt. Die Verzahnungen 20 erstrecken sich jeweils mindestens über den maximal möglichen Bewegungsradius, der durch das nicht dargestellte Schaltgetriebe vorbestimmt ist.

Im folgenden wird die Funktionsweise des Stellantriebes 1 näher beschrieben. Zur Durchführung eines Gangwechsels werden die Antriebe 3, 5 durch die Steuereinrich tung zur Einleitung der jeweiligen erforderlichen rotatorischen und/oder translatorischen Stellbewegung der Schaltwelle 13 angesteuert. Die Steuerung solcher Getriebeaktuato ren ist bereits hinreichend bekannt und soll aus diesem Grund hier nicht Gegenstand der Beschreibung sein.

Durch eine fehlerhafte Ansteuerung kann es zu einem Anschlagen eines angetriebenen Bauteils auf einem zugeordneten Anschlag kommen. Ist beispielsweise der Gang voll ständig eingerückt, so ist bei fortwährendem Antrieb die daraus resultierende Bewe gung durch aufeinanderschlagende Getriebebauteile begrenzt. Durch den fortwähren den Antrieb durch den jeweiligen Antrieb 3, 5 in Richtung des Anschlages wirkt eine Kraft, auf die im Übertragungsweg befindlichen Bauteil, wie der flexiblen Welle 18, der Zahnstange 43 und insbesondere der Getriebemechanismen 15. Diese Kraft übersteigt die im normalen Stellbetrieb an diesen Bauteilen anfallende Kraft. Wird nun die flexible Welle 18 aufgrund dessen mit einem erhöhten Drehmoment beaufschlagt, so resultiert daraus eine Torsion der flexiblen Welle 18. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Antriebe 3, 5 jeweils entfernt von dem Getriebe angeordnet. Die von dem Antrieb 5 eingeleitete Bewegung wird durch die flexible Welle 18 und der Zahnstange 43 über tragen. Aufgrund der räumlichen Erstreckung der Übertragungselemente 17 ändert sich die erforderliche Kraft für eine Torsion der Welle nahezu nicht, so daß das eingeleitete Moment vollständig oder nahezu in eine Torsion der Welle 18 überführt wird. Die Schneckenwelle 27 verharrt in ihrer Position und der zugeordnete Sensor 35 sensiert somit keine Stellbewegung. Wird der Antrieb 5 in der entgegengesetzten Richtung an gesteuert, so verringert sich zunächst die Torsion der Welle 18 bis der Normalzustand erreicht ist. Ist der Normalzustand erreicht, so resultiert aus der von dem Antrieb 5 ein geleiteten Bewegung eine Stellbewegung hier translatorische Bewegung der Schaltwel le 13. Bei einer fehlerhaften Ansteuerung des Antriebes 3 wird bei einer Ansteuerung in Richtung einer bereits eingenommenen Anschlagposition die durch den Antrieb 3 und das Stirnradgetriebe 45 auf die Zahnstange 43 übertragene Bewegung in eine Verfor mung der Zahnstange 41 überführt. Die Zahnstange 43 löst sich von der Führung 31 und weicht in radialer Richtung auf Teilen ihrer Erstreckung zwischen dem der Schalt welle 13 zugewandten Lager 29 der dem Stirnradgetriebe zugeordneten Lagern und dem dem Antrieb 5 zugewandtem Lager der der Schaltwelle 13 zugeordneten Lagern aus. Durch die Lager 29 ist gewährleistet, daß die Zahnstange 43 weiterhin mit den zu geordneten Verzahnungen ein Eingriff steht. Wird der Antrieb 3 im folgenden in entge gengesetzter Richtung angesteuert, so kehrt die Zahnstange 43 in die Anlageposition mit der Führung 31 zurück.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist anstelle der Zahnstange 43 eine weitere flexible Welle 18 vorgesehen. Beide flexiblen Wellen 18 sind an dem der Schaltwelle 13 zugeordneten Ende endseitig jeweils mit einer Schneckenwelle 27 fest verbunden. Die Schneckenwelle 27 kämmt jeweils mit einer zugeordneten Verzah nung 20. Die dem Antrieb 3 zugeordnete Schneckenwelle 27 kämmt mit einem auf der Schaltwelle 13 axial verschiebbar, jedoch drehfest mit der Schaltwelle verbundenen Zahnrad 51. Die dem Antrieb 5 zugeordnete Schneckenwelle 27 kämmt mit einem Zahnrad 53, dessen Drehachse senkrecht zur Schaltwelle 13 angeordnet ist. Mit diesem Zahnrad 53 ist ein weiteres Zahnrad 55 fest verbunden, das mit einer an der Schaltwel le 13 ausgebildeten Radialverzahnung 23 kämmt. Bei dieser Ausführungsvariante sind die flexiblen Wellen 18 mittels einer formschlüssigen Verbindung 49 fest mit dem Ab triebsteil 7, 9 des jeweiligen Antriebes 3, 5 und mit den Schneckenwellen 27 fest verbun den. Dadurch kann die Verbindung 49 bei bereits montierten Antrieben 3, 5 und mon tierter Schneckenwelle hergestellt werden. Auch sind die Antriebe 3, 5 austauschbar, ohne das eine Demontage der flexiblen Wellen 18 erforderlich ist. Bei diesem Ausfüh rungsbeispiel ist die flexible Welle 18 in einer Umhüllung 47 gelagert, die jeweils end seitig karosseriefest arretiert ist. Durch diese Umhüllung 25 ist der Verlauf der flexiblen Wellen vorgebbar und weiterhin sind die flexiblen Wellen von von außen wirkenden Einflüssen, wie Schmutz geschützt.

Bezugszeichenliste

1

Stelleinrichtung

3

Antrieb

4

Elektromotor

5

Antrieb

6

Elektromotor

7

Abtriebsteil

8

Stirnrad

9

Abtriebsteil

11

Schaltelement

13

Schaltwelle

15

Getriebemechanismus

17

Übertragungselement

18

flexible Welle

20

Verzahnung

21

Längsverzahnung

23

Radialverzahnung

25

Umhüllung

26

Ausgangsteil

27

Schneckenwelle

29

Lager

31

Führung

33

Sensor

35

Sensor

36

Inkrementalgeber

43

Zahnstange

45

Stirnradgetriebe

49

formschlüssige Verbindung

51

Zahnrad

53

Zahnrad

55

Zahnrad

Claims

1. Stelleinrichtung für die automatisierte Betätigung eines Schaltgetriebes, die ein für die Gangwahl und Gassenwahl rotatorisch und translatorisch antreibbares Schaltele ment aufweist, dem Antriebe mit rotatorisch antreibbaren Abtriebsteilen zugeordnet sind, die durch eine zugeordnete Steuereinrichtung ansteuerbar sind, wobei zu min destens ein Getriebemechanismus für die Übertragung von den durch die Antriebe eingeleiteten Bewegungen vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß zumindestens ein Abtriebsteil (7, 9) mit einem eine vorbestimmte Steifigkeit auf weisen den Übertragungselement (17) in Wirkverbindung steht, daß seinerseits mit dem Schaltelement (11) wirkverbunden ist.

2. Stelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungselement (17) mit dem Abtriebsteil (7, 9) einstückig ausbildbar ist und eine vorbestimmte Torsionssteifigkeit aufweist.

3. Stelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zumindestens eine Abtriebsteil (7) mit einer linearantreibbaren Zahnstan ge (43) über ein Getriebe (45) in Wirkverbindung steht, wobei die Zahnstange (43) eine vorbestimmte Formsteifigkeit aufweist.

4. Stelleinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Lagerung der Zahnstange (43) eine eine Auflagefläche bereitstellende Füh rung (31) vorgesehen ist, wobei die Zahnstange (43) bei Überschreiten eines durch die Formsteifigkeit vorbestimmten Momentes zumindestens über einen Teilbereich einen von der Führung (31) abweichenden Verlauf aufweist.

5. Stelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebe (3, 5) entfernt von dem Schaltelement (11) anordenbar sind, wobei zur Überwindung der räumlichen Distanz die Übertragungselemente zur Weiterlei tung einer mittels der Antriebe (3, 5) eingeleiteten Bewegung vorgesehen sind.

6. Stelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungselement (17) ein Ausgangsteil (26) umfaßt, daß mit dem Schaltelement (11) in Wirkverbindung steht.

7. Stelleinrichtung nach, Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangsteil (26) eine ortsfest gelagerte Schneckenwelle (27) vorgesehen ist.

8. Stelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindestens dem Ausgangsteil (26) ein Sensor (33, 35), der eine Stellbewegung repräsentierende Signale der Steuereinrichtung zu leitet, zugeordnet ist.

9. Stelleinrichtung nach Anspruch 1, wobei das Schaltgetriebe eine zentrale Schaltwelle aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement (11) die Schaltwelle (13) des Schaltgetriebes, ist.

10. Stelleinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement (11) mit einer Radialverzahnung (23) und/oder einer Längsver zahnung (21) ausgebildet ist, die jeweils mit einer Verzahnung des zugeordneten Ausgangsteils (26) in Eingriff steht.

11. Stelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Übertragungselement (17) eine flexible Welle (18) vorgesehen ist.