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Die
Erfindung betrifft eine Stelleinrichtung zur automatisierten Betätigung eines
rotatorisch und translatorisch bewegbaren Schaltelements eines Schaltgetriebes
gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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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 Abtriebsteil auf.
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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, insbesondere im Getriebemechanismus, bzw.
des Getriebes kommen.
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Eine
Stelleinrichtung gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 ist aus der
DE 197 23 393 A1 bekannt. Ein zur Betätigungskraftübertragung
dienendes Übertragungselement
dieser bekannten Stelleinrichtung ist aus zwei teleskopartig bezüglich einander
verschiebbaren Stangenelementen aufgebaut. Zwischen diesen beiden
Stangenelementen wirkt eine Schraubendruckfeder, gegen deren Rückstellkraft
bei übermäßiger Krafteinleitung
die beiden Stangenelemente bezüglich
einander verschoben werden können.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gattungsgemäße Stelleinrichtung
derart weiterzubilden, dass bei einfachem Aufbau ein die Einleitung übermäßiger Kräfte kompensierender Überlastungsschutz
realisiert ist.
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Diese
Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 definierte Stelleinrichtung
gelöst.
Vorteolhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis
4. Durch die Maßnahme
ein Übertragungselement
mit einer vorbestimmten Steifigkeit 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 eingeleiteten Kraft am Übertragungselement
ab. Damit ist die das normale Maß überschreitende Kraft kompensiert.
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Erfindungsgemäß ist als Übertragungselement
eine Zahnstange mit einer vorbestimmten Formsteifigkeit vorgesehen.
Die Zahnstange wird über
ein zwischengeschaltetes Getriebe durch einen zugeordneten Antrieb
translatorisch angetrieben. Befindet sich das Getriebe bzw. das
Schaltelement bereits in einer Anschlagposition und wird die Zahnstange
fortwährend
in Richtung Anschlagpasition angetrieben, so wird die eingeleitete
Bewegung in eine elastische Verformung der Zahnstange überführt.
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Es
hat sich als vorteilhaft herausgestellt, die Zahnstange mittels
einer zugeordneten eine Auflagefläche bildenden Führung zu
lagern. Mit einer elastischen Verformung der Zahnstange 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 vorbestimmten Formsteifigkeit weicht die Zahnstange
bei einer wirkenden übermäßigen Kraft
in einer von der eingeleiteten Richtung der Bewegung abweichenden
Richtung aus.
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Es
hat sich als vorteilhaft herausgestellt das Schaltelement mit einer
Längsverzahnung
zu versehen. Als Schaltelement kann die Schaltwelle des Schaltgetriebes
vorgesehen sein. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, die
Längsverzahnung
und eine radiale Verzahnung mit der Schaltwelle fest zu verbinden.
Durch Ausbildung der Verzahnungen über einen, im Hinblick auf
den maximalen Bewegungsradius ausgebildeten Erstreckungsbereich,
ist die Schaltwelle bzw. das Schaltelement durch jeden Antrieb entkoppelt
von dem anderen Antrieb in der jeweiligen Bewegungsrichtung antreibbar.
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Es
hat sich als vorteilhaft herausgestellt dem Übertragungselement einen Sensor
zuzuordnen, durchden 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.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand einiger Ausführungsbeispiele näher beschrieben.
Es zeigt:
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1 Vorrichtung
zur automatisierten Betätigung
eines Schaltgetriebes
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Anhand
von 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 Längsverzahnung 21,
in Eingriff. Die Zahnstange 43 liegt mit dem Rücken auf
einer Führung 31 auf.
Beidseitig des Stirnrades 8 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 Schaltwelle 13 entspricht und einer
nicht dargestellten Steuereinrichtung zugeführt wird. Die Stelleinrichtung 1 weist
einen weiteren Elektromotor 6 als Antrieb 5 für einen translatorischen
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 endseitig fest mit einer Schneckenwelle 27 verbunden,
die durch zwei Lager 29 gelagert ist. Die Verzahnung der
Schneckenwelle steht mit einer mit der Schaltwelle 13 fest
verbundenen Verzahnung 20, hier Radialverzahnung 23,
in Eingriff. Endseitig ist die Schneckenwelle mit einem Sensor 35,
hier Inkrementalgeber 36 versehen, der die Bewegung der
Schneckenwelle 27 aufnimmt. Die mit der Schaltwelle 13 fest
verbundenen Verzahnungen können
auch einstückig
mit der Schaltwelle ausgebildet sein. Durch das Vorsehen einer Längsverzahnung 21 und
der Radialverzahnung 23 sind die Antriebe voneinander entkoppelt.
Die Verzahnungen 20 erstrecken sich jeweils mindestens über den maximal möglichen
Bewegungsradius, der durch das nicht dargestellte Schaltgetriebe
vorbestimmt ist.
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Im
folgenden wird die Funktionsweise des Stellantriebes 1 näher beschrieben.
Zur Durchführung
eines Gangwechsels werden die Antriebe 3, 5 durch
die Steuereinrichtung zur Einleitung der jeweiligen erforderlichen
rotatorischen und/oder translatorischen Stellbewegung der Schaltwelle 13 angesteuert.
Die Steuerung solcher Getriebeaktuatoren ist bereits hinreichend
bekannt und soll aus diesem Grund hier nicht Gegenstand der Beschreibung
sein.
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Durch
eine fehlerhafte Ansteuerung kann es zu einem Anschlagen eines angetriebenen
Bauteils auf einem zugeordneten Anschlag kommen. Ist beispielsweise
der Gang vollständig
eingerückt,
so ist bei fortwährendem
Antrieb die daraus resultierende Bewegung durch aufeinanderschlagende
Getriebebauteile begrenzt. Durch den fortwährenden 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 übertragen.
Aufgrund der räumlichen
Erstreckung der Übertragungselemente 17 ändert sich
die erforderliche Kraft für
eine Torsion der Welle 18 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 angesteuert, 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 eingeleiteten Bewegung
eine Stellbewegung hier translatorische Bewegung der Schaltwelle 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 Verformung 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 Schaltwelle 13 zugewandten Lager 29 der
dem Stirnradgetriebe zugeordneten Lagern 19 und dern 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 zugeordneten 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.
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- 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
- 26.
- Ausgangsteil
- 27
- Schneckenwelle
- 29
- Lager
- 31
- Führung
- 33
- Sensor
- 35
- Sensor
- 36
- Inkrementalgeber
- 43
- Zahnstange
- 45
- Stirnradgetriebe