DE19803541B4 - Stelleinrichtung zur automatisierten Betätigung eines rotatorisch und translatorisch bewegbaren Schaltelements eines Schaltgetriebes - Google Patents

Stelleinrichtung zur automatisierten Betätigung eines rotatorisch und translatorisch bewegbaren Schaltelements eines Schaltgetriebes Download PDF

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    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16HGEARING
    • F16H61/00Control functions within control units of change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion ; Control of exclusively fluid gearing, friction gearing, gearings with endless flexible members or other particular types of gearing
    • F16H61/26Generation or transmission of movements for final actuating mechanisms
    • F16H61/34Generation or transmission of movements for final actuating mechanisms comprising two mechanisms, one for the preselection movement, and one for the shifting movement

Abstract

Stelleinrichtung zur automatischen Betätigung eines rotatorisch und translatorisch bewegbaren Schaltelements (11) eines Schaltgetriebes, umfassend Antriebe (3, 5) mit rotatorisch antreibbaren Abtriebsteilen (7, 9), wobei die Antriebe (3, 5) durch eine Steuereinrichtung ansteuerbar sind und wenigstens einem der Antriebe ein Übertragungselement (43) zugeordnet ist zur Betätigungskraftübertragung zu dem Schaltelement (11), wobei das Übertragungselement (43) in Abhängigkeit von der über dieses zu übertragenden Betätigungskraft elastisch verformbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungselement (43) eine zur Betätigungskraftübertragung linear verschiebbare Zahnstange (43) ist, welche bei Überschreiten einer vorbestimmten über diese zu übertragenden Betätigungskraft eine elastische Biegeverformung erfährt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Stelleinrichtung zur automatisierten Betätigung eines rotatorisch und translatorisch bewegbaren Schaltelements eines Schaltgetriebes gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 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 Abtriebsteil 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, insbesondere im Getriebemechanismus, bzw. des Getriebes kommen.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand einiger Ausführungsbeispiele näher beschrieben. Es zeigt:
  • 1 Vorrichtung zur automatisierten Betätigung eines Schaltgetriebes
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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

Claims (4)

  1. Stelleinrichtung zur automatischen Betätigung eines rotatorisch und translatorisch bewegbaren Schaltelements (11) eines Schaltgetriebes, umfassend Antriebe (3, 5) mit rotatorisch antreibbaren Abtriebsteilen (7, 9), wobei die Antriebe (3, 5) durch eine Steuereinrichtung ansteuerbar sind und wenigstens einem der Antriebe ein Übertragungselement (43) zugeordnet ist zur Betätigungskraftübertragung zu dem Schaltelement (11), wobei das Übertragungselement (43) in Abhängigkeit von der über dieses zu übertragenden Betätigungskraft elastisch verformbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungselement (43) eine zur Betätigungskraftübertragung linear verschiebbare Zahnstange (43) ist, welche bei Überschreiten einer vorbestimmten über diese zu übertragenden Betätigungskraft eine elastische Biegeverformung erfährt.
  2. Stelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnstange (43) auf einer Auflagefläche einer Führung (31) verschiebbar gelagert ist und dass bei Überschreiten der vorbestimmten Betätigungskraft die Zahnstange (43) auf Grund der elastischen Biegeverformung einen von der Führung (31) abweichenden Verlauf aufweist.
  3. Stelleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnstange (43) durch zwei Lager (29) auf der Führung (31) aufliegend gehalten ist und dass bei Überschreiten der vorbestimmten Betätigungskraft die Zahnstange (43) in ihrem zwischen den beiden Lagern (29) liegenden Bereich durch Biegeverformung in Richtung von der Führung (31) weg bewegt ist.
  4. Stelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem Übertragungselement (43) ein Sensor (33) zugeordnet ist, der die Stellbewegung repräsentierende Signale zur Steuereinrichtung leitet.
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