DE19823767A1 - Vorrichtung zum Betätigen einer Schaltwelle eines Schaltgetriebes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Betätigen einer um eine Achse ver­ schwenkbaren und längs der Achse verschiebbaren Schaltwelle eines Schalt­ getriebes, enthaltend einen Verschiebeaktor, der mit der Schaltwelle über eine Verbindungsbaugruppe zum Verschieben der Schaltwelle verbunden ist, und einen Verschwenkaktor, der mit der Schaltwelle über eine Verbindungsbau­ gruppe zum Verschwenken der Schaltwelle verbunden ist, welche Verbin­ dungsbaugruppe gelenkig an einem starr mit der Schaltwelle verbundenen Schwenkhebel angreift, wobei die Verschiebe- und Verschwenkbewegung zumindest weitgehend voneinander entkoppelt sind.

Der Automatisierung von Schaltgetrieben kommt in jüngerer Zeit steigende Bedeutung zu. Zum einen sind solche automatisierten Schaltgetriebe kosten­ günstiger als herkömmliche Automatgetriebe, die beispielsweise mit Planeten­ sätzen arbeiten oder als Umschlingungsgetriebe mit kontinuierlicher variabler Übersetzung ausgebildet sind. Zum anderen arbeiten automatisierte Schaltge­ triebe mit besserem Wirkungsgrad als herkömmliche Automatgetriebe, so daß die Komfortsteigerung nicht durch erhöhten Kraftstoffverbrauch erkauft werden muß. Zum Betätigen von Schaltgetrieben dient normalerweise eine Schaltwel­ le, die verschwenkbar gelagert ist und längs ihrer Lagerachse verschiebbar ist. Eine solche konventionelle Schaltwelle ist in Fig. 6 dargestellt. Diese Schalt­ welle 2 greift mit einem einteilig an ihr ausgebildeten Schaltfinger 4 in Aus­ nehmungen von insgesamt U-förmig gestaltetem Schaltgabeln 6, die in an sich bekannter Weise jeweils linear längs Schaltgassen 8 hin und her verschiebbar sind und dabei Gänge schalten. Die Schaltwelle 2 ist zum Auswählen einer Schaltgasse in Richtung des Doppelpfeils W axial verschiebbar. Zum Ver­ schieben einer jeweiligen Schaltgabel 6 bzw. zum Schalten der Gänge ist die Schaltwelle 2 in Richtung des Doppelpfeils S verdreh- bzw. verschwenkbar. Ebenso sind Ausführungen bekannt, bei welchen die Schaltwelle zum Wählen der Schaltgasse verdreht wird und zum Schalten der Gänge in axialer Richtung oder Längsrichtung verschiebbar ist.

Beim Automatisieren einer solchen Schaltgetriebebetätigungsvorrichtung wird für das Verschwenken und für das Verschieben der Schaltwelle 2 je ein Aktor vorgesehen, der über eine zugehörige Verbindungsbaugruppe mit der Schalt­ welle verbunden ist. Bei einer aus der US 4,856,360 bekannten Betätigungs­ vorrichtung weisen beide Aktoren linear verschiebbare Betätigungsglieder auf. Das Betätigungsglied zum Verschieben der Schaltwelle ist mit der Schaltwelle über ein Bauteil verbunden, das mit der Schaltwelle bezüglich deren axialer Richtung starr verbunden ist, jedoch eine Relativdrehung der Schaltwelle zu­ läßt. Das Betätigungsglied für das Verschwenken der Schaltwelle greift in ei­ nen starr mit der Schaltwelle verbundenen Schwenkhebel derart ein, daß es bei seiner Betätigung ein Verschwenken der Schaltwelle herbeiführt, jedoch bei einer axialen Verschiebung der Schaltwelle eine entsprechende Relativbewe­ gung zwischen dem Betätigungsglied und dem Schwenkhebel möglich ist.

Eine Eigenart solcher und anderer Betätigungsvorrichtungen für Schaltwellen liegt darin, daß die bezüglich jeweils einer Richtung starre, jedoch bezüglich einer dazu senkrechten Richtung lose Kopplung zwischen Schaltwelle und Betätigungsglied nur eine begrenzte Präzision der Betätigung zuläßt. Andern­ falls treten hohe Reibungen auf, die sowohl starke Aktoren erfordern als auch zu Verspannungen innerhalb der Verbindungsbaugruppen führen können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine in ihrem Aufbau einfache, prä­ zise funktionierende und mit geringen Verlusten behaftete Vorrichtung zum Betätigen einer um eine Achse verschwenkbaren und längs der Achse ver­ schiebbaren Schaltwelle eines Schaltgetriebes zu schaffen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß zumindest eine der Verbindungsbau­ gruppen eine Gelenkstange enthält, deren eines Ende gelenkig mit dem zuge­ hörigen Aktor und dessen anderes Ende gelenkig mit der Schaltwelle verbun­ den ist.

Nach einem weiteren erfinderischen Gedanken wird dies auch dadurch gelöst, daß die Verbindungsbaugruppen jeweils eine Gelenkstange enthalten, deren eines Ende gelenkig mit dem zugehörigen Aktor und dessen anderes Ende gelenkig mit der Schaltwelle verbunden ist. Dabei ist es in einem Ausführungs­ beispiel zweckmäßig, wenn die in der Verbindungsbaugruppe zum Verschie­ ben der Schaltwelle enthaltende Gelenkstange etwa parallel zur Achse der Schaltwelle wirkt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung, bei der die Verbindungsbaugruppe zum Schalten, die Verbindungsbaugruppe zum Wählen oder beide Verbindungs­ baugruppen eine mit zwei Gelenken versehene Gelenkstange enthält, die die Kopplung zwischen dem Aktor und der Schaltwelle herbeiführt, ist insgesamt als räumlicher Gelenktrieb mit mindestens vier Gelenken ausgebildet. Dadurch sind keine reibungsbehafteten, linearen Verschiebungen zwischen verschiede­ nen Bauteilen der Verbindungsbaugruppe oder Bauteilen der Verbindungs­ baugruppe und der Schaltwelle erforderlich. Probleme, wie sie beispielsweise bei dem Verschieben von Keilverzahnungen unter Momentenbelastung auf­ treten, auch wenn zur Reibungsverminderung Rollkörpergruppen eingesetzt werden, werden somit vollständig vermieden. Die erfindungsgemäße Vorrich­ tung ist kostengünstig herstellbar und arbeitet außerordentlich betriebssicher und verlustarm.

Die Unteransprüche 3 bis 6 sind auf vorteilhafte Weiterbildungen der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung gerichtet, wobei insbesondere mit den Merkmalen des Anspruchs 6 eine fast vollständige Entkopplung zwischen der Schalt- und der Wählbetätigung der Schaltwelle erzielt wird.

Der Anspruch 7 ist auf eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung gerichtet, die sich dadurch auszeichnet, daß über die elastisch nachgiebig ausgebildete Gelenkstange keine überhöhten Kräfte innerhalb der Verbin­ dungsbaugruppe auftreten können bzw. die Betätigungseinrichtungen des Schaltgetriebes nicht überbeansprucht werden, wenn eine Endstellung oder ein Anschlag erreicht wird. Weiter ist eine solche elastisch nachgiebige Ausbil­ dung der Gelenkstange bei bestimmten Anwendungsfällen von Vorteil, bei de­ nen eine Kraft gemessen werden soll, weil diese Kraft unmittelbar durch Mes­ sung der elastischen Verformung der Gelenkstange bestimmt werden kann.

Die Ansprüche 8 bis 10 sind auf vorteilhafte Ausführungsformen der elastisch nachgiebigen Gelenkstange gerichtet.

Die Erfindung ist mit Vorteil überall dort anwendbar, wo herkömmliche, mit ei­ ner um eine Achse verschwenkbaren und längs der Achse verschiebbaren Schaltwelle betätigbare Schaltgetriebe mittels Aktoren betätigt werden sollen, sei es, daß die Schaltgetriebe vollständig automatisiert sind, oder sei es, daß die Gänge zwar auf Wunsch des Fahrers geschaltet werden, dies jedoch nicht unmittelbar von einem Schalthebel aus geschieht, sondern mittels Aktoren. Solche Aktoren können Elektromotoren, Hydraulikmotoren oder sonstwelche motorischen Antriebsvorrichtungen sein.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen bei­ spielsweise und mit weiteren Einzelheiten erläutert.

Es stellen dar:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht des Prinzips einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 eine Weiterbildung der Vorrichtung gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine schematische Teildarstellung einer vorgespannten Elastizität innerhalb eines Verbindungsgestänges,

Fig. 4 eine seitliche Schnittansicht einer Elastizität in einem Verbindungsgestänge,

Fig. 5 einen Schnitt durch die Anordnung gemäß Fig. 4, geschnitten in der Ebene V-V der Fig. 4 und

Fig. 6 eine Schaltwelle nach dem Stand der Technik.

Gemäß Fig. 1 ragt aus einem Getriebegehäuse 10 die in dem Getriebegehäu­ se 10 axial verschiebbar und verschwenkbar geführte Schaltwelle 2. An der Schaltwelle 2 ist starr ein Schwenkhebel 12 angebracht, der an seinem Ende einen Lagerzapfen 14 aufweist. Ein weiterer Lagerzapfen 16 ist über Anlenk­ mittel möglichst nahe an der Mittelachse der Schaltwelle oder unmittelbar an der Schaltwelle 2 befestigt.

Zur Betätigung der Schaltwelle 2 sind zwei als Elektromotoren 18 und 20 aus­ geführte Aktoren vorgesehen, die unmittelbar am Getriebegehäuse 10 befe­ stigt sind. Jeder der Elektromotoren 18 bzw. 20 weist eine Abtriebswelle 22 bzw. 24 auf, die die Schnecke eines untersetzenden Schneckengetriebes bil­ det, dessen Schneckenrad mit 26 bzw. 28 bezeichnet ist. Die Schneckenräder 26 und 28 sind ebenso wie die Elektromotoren unmittelbar am Getriebegehäu­ se 10 gelagert.

Mit jedem Schneckenrad 26 bzw. 28 ist ein Exzenterhebel 30 bzw. 32 drehfest verbunden, an dessen Ende ein Lagerzapfen 34 bzw. 36 vorgesehen ist. Die Lagerzapfen 14 und 34 sind mittels einer Gelenkstange 38 verbunden, die an ihren Enden mit Kugelköpfen 40 und 42 versehen ist, die auf die Lagerzapfen 34 und 14 aufgesteckt sind. Ganz ähnlich sind die Lagerzapfen 16 und 36 mittels einer Gelenkstange 44 verbunden, die an ihren Enden mit Kugelköpfen 46 und 48 versehen ist, die auf die Lagerzapfen 16 und 36 aufgesteckt sind.

Die Funktionsweise der beschriebenen Vorrichtung ist unmittelbar verständlich. Bei Betrieb eines der Elektromotoren 18 bzw. 20 dreht sich das zugehörige Schneckenrad 26 bzw. 28, so daß die jeweils zugehörige Gelenkstange 38 bzw. 44 bewegt wird und die Schaltwelle 2 in Richtung einer Schaltung ver­ dreht bzw. in Richtung einer Wählbewegung verschiebt. Wie ersichtlich ist die Gelenkstange 38 vorteilhafterweise etwa tangential zu einer Umfangsrichtung der Achse der Schaltwelle 2 ausgerichtet, während sich die Gelenkstange 44 etwa achsparallel zur Schaltwelle 2 erstreckt. Durch zweckentsprechende Län­ gen der Gelenkstangen 38 bzw. 44 wird erreicht, daß sich die Winkellage der Gelenkstange 38 bei einer Verschiebung der Schaltwelle 2 in Wählrichtung nur um wenige Grade, beispielsweise 5-30°, verändert und daß sich die Winkel­ stellung der Gelenkstange 44 bei einer Schaltverschwenkung der Schaltwelle 2 ebenfalls nur um wenige Grad verändert. Damit bleibt die Schaltstellung der Schaltwelle 2 bei deren Verschiebung in Wählrichtung weitgehend unverändert und umgekehrt. Es versteht sich, daß die gegenseitige Beeinflussung der Wählstellung bei Veränderung der Schaltstellung und umgekehrt auch softwa­ remäßig in einem Steuergerät berücksichtigt werden kann, das die Elektromo­ toren 18 bzw. 20 ansteuert. Die gesamte Anordnung kann je nach konstrukti­ ven Erfordernissen in das Getriebegehäuse 10 integriert oder in einfacher Weise an dem Getriebegehäuse 10 nachträglich angebaut werden, so daß eine kostengünstige Nachrüstung an herkömmlichen Schaltgetrieben möglich ist. Im weiteren ist es möglich, beide Gestänge schräg zur Achse anzuordnen und die reinen Drehbewegungen der Welle durch geeignete Überlagerungen beider Antriebe zu erzeugen. Analog kann bei einem weiteren Ausführungsbei­ spiel die Längsbewegung der Welle durch eine geeignete Überlagerung beider Antriebe erreicht werden. Die geeignete Überlagerung beider Antriebe kann mittels der Steuerung in der Steuersoftware in dem Steuergerät berücksichtigt werden.

Die Vorrichtung arbeitet mit hoher Funktionssicherheit und reibungsarm und ist weitgehend unempfindlich gegenüber Verschmutzungen.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 2 ist im grundsätzlichen Aufbau der der Fig. 1 ähnlich. Es sind nur diejenigen Bauteile mit Bezugszeichen belegt, die sich von denen der Fig. 1 unterscheiden. Wie ersichtlich, ist die der Gelenkstange 38 der Fig. 1 entsprechende Gelenkstange 50 mit einer gegebenenfalls vorge­ spannten Elastizität 52 versehen, die anhand der Fig. 3 bis 5 näher erläutert wird:
In einem aus zwei aufeinanderliegenden ausgestanzten Blechteilen bestehen­ den Haltebauteil 54 ist ein Langloch 56 ausgebildet, in dem gegebenenfalls unter Vorspannung eine Schraubenfeder 58 aufgenommen ist. Außerhalb des Langloches 56 weist das Haltebauteil zwei längliche Anschlaglöcher 59 auf, durch die je ein Anschlagzapfen 60 vorsteht, der einteilig mit einem weiteren Blechstanzteil 61 ausgebildet ist, welches sich unterhalb des Haltebauteils 54 befindet und ein dem Langloch 56 entsprechendes Langloch 62 (Fig. 4) auf­ weist. Oberhalb des Haltebauteils 54 ist ein weiteres, in Fig. 3 nicht darge­ stelltes Blechstanzteil 64 angeordnet, das mit einem weiteren, dem Langloch 56 entsprechenden Langloch 66 ausgebildet ist, in das die Schraubenfeder 58 ebenfalls einragt. Das Bauteil 64 ist mit dem Bauteil 61 fest verbunden oder einteilig ausgeführt.

Das Haltebauteil 54 ist am Ende mit einem Gelenklager versehen, das die Funktion des Kugelkopfes 40 oder 42 (Fig. 1) übernimmt. Die Bauteile 61 und 64 tragen zusammen ebenfalls ein Gelenklager, das die Funktion des zweiten Kugelkopfes übernimmt.

Die Funktion der beschriebenen Anordnung ist folgende:
Fig. 4 zeigt die Ruhelage, in der sich die Schraubenfeder 58 an den Randun­ gen aller Langlöcher 56, 62 und 66 stirnseitig abstützt, wodurch alle Bauteile derart zueinander ausgerichtet sind, daß sich die Anschlagzapfen 60 mittig in den Anschlaglöchern 59 befinden. Wird auf die Gelenkstange 50 nun über die Kugelköpfe 40 und 42 (Fig. 1) Zug ausgeübt, so verschiebt sich das Bauteil 54 gemäß Fig. 4 nach rechts relativ zum Bauteil 61 und 64, wodurch die vorge­ spannte Feder 58 (die Vorspannung bestimmt die für den Beginn der Relativ­ bewegung erforderliche Kraft) zusammengedrückt wird und die Verschiebung durch den Anschlag der Anschlagzapfen 60 an der Wandung der Anschlaglö­ cher 59 begrenzt ist. Ähnlich wird die Schraubenfeder 58 zusammengedrückt, wenn auf die Gelenkstange 50 eine Stauchkraft wirkt, wobei die Längenverkür­ zung der Gelenkstange 50 wiederum durch den Anschlag der Anschlagzapfen 60 an den Wandungen der Anschlaglöcher 59 begrenzt ist.

Insgesamt ist auf die geschilderte Weise eine Gelenkstange 50 geschaffen, die sich in einem bestimmten Ausmaß verformen läßt, sobald die auf sie einwir­ kenden Längskräfte eine vorbestimmte Größe überschreiten.

Die mit der Anmeldung eingereichten Patentansprüche sind Formulierungsvor­ schläge ohne Präjudiz für die Erzielung weitergehenden Patentschutzes. Die Anmelderin behält sich vor, noch weitere, bisher nur in der Beschreibung und/oder Zeichnungen offenbarte Merkmale zu beanspruchen.

In Unteransprüchen verwendete Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin; sie sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale der rück­ bezogenen Unteransprüche zu verstehen.

Die Gegenstände dieser Unteransprüche bilden jedoch auch selbständige Erfindungen, die eine von den Gegenständen der vorhergehenden Unteransprüche unabhängige Gestaltung aufweisen.

Die Erfindung ist auch nicht auf das (die) Ausführungsbeispiel(e) der Beschrei­ bung beschränkt. Vielmehr sind im Rahmen der Erfindung zahlreiche Abände­ rungen und Modifikationen möglich, insbesondere solche Varianten, Elemente und Kombinationen und/oder Materialien, die zum Beispiel durch Kombination oder Abwandlung von einzelnen in Verbindung mit den in der allgemeinen Beschreibung und Ausführungsformen sowie den Ansprüchen beschriebenen und in den Zeichnungen enthaltenen Merkmalen bzw. Elementen oder Verfah­ rensschritten erfinderisch sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen Gegenstand oder zu neuen Verfahrensschritten bzw. Verfahrensschritt­ folgen führen, auch soweit sie Herstell-, Prüf- und Arbeitsverfahren betreffen.

Claims (10)

1. Vorrichtung zum Betätigen einer um eine Achse verschwenkbaren und längs der Achse verschiebbaren Schaltwelle eines Schaltgetriebes, ent­ haltend einen Verschiebeaktor, der mit der Schaltwelle über eine Verbin­ dungsbaugruppe zum Verschieben der Schaltwelle verbunden ist, und einen Verschwenkaktor, der mit der Schaltwelle über eine Verbindungs­ baugruppe zum Verschwenken der Schaltwelle verbunden ist, welche Verbindungsbaugruppe gelenkig an einem starr mit der Schaltwelle ver­ bundenen Schwenkhebel angreift, wobei die Verschiebe- und Ver­ schwenkbewegung zumindest weitgehend voneinander entkoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der Verbindungsbaugrup­ pen eine Gelenkstange enthält, deren eines Ende gelenkig mit dem zu­ gehörigen Aktor und dessen anderes Ende gelenkig mit der Schaltwelle verbunden ist.

2. Vorrichtung zum Betätigen einer um eine Achse verschwenkbaren und längs der Achse verschiebbaren Schaltwelle eines Schaltgetriebes, ent­ haltend einen Verschiebeaktor, der mit der Schaltwelle über eine Verbin­ dungsbaugruppe zum Verschieben der Schaltwelle verbunden ist, und einen Verschwenkaktor, der mit der Schaltwelle über eine Verbindungs­ baugruppe zum Verschwenken der Schaltwelle verbunden ist, welche Verbindungsbaugruppe gelenkig an einem starr mit der Schaltwelle ver­ bundenen Schwenkhebel angreift, wobei die Verschiebe- und Ver­ schwenkbewegung zumindest weitgehend voneinander entkoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsbaugruppen jeweils eine Gelenkstange enthalten, deren eines Ende gelenkig mit dem zugehörigen Aktor und dessen anderes Ende gelenkig mit der Schaltwelle verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschiebeaktor und der Verschwenkaktor jeweils einen Elektromotor enthalten, der über ein Untersetzungsgetriebe ein Bauteil antreibt, wel­ ches gelenkig mit der zugehörigen Gelenkstange verbunden ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das gelenkig mit der Gelenkstange verbundene, vom Aktor angetriebene Bauteil starr mit dem Schneckenrad eines Schneckengetriebes verbunden ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenke der Gelenkstangen Kugelgelenke sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Längen der Gelenkstangen derart bemessen sind, daß eine Ver­ schiebung bzw. Verschwenkung der Schaltwelle nur zu kleinen Winke­ länderungen der Stellung der dem Verschwenkaktor bzw. dem Verschie­ beaktor zugeordneten Gelenkstange führt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Gelenkstangen hinsichtlich ihrer beiden Längs­ richtungen bei Überwindung einer vorbestimmten Kraft elastisch nachgie­ big ausgebildet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die elastisch nachgiebige Gelenkstange ein Zug-/Schubgestänge enthält.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Zug-/Schubgestänge ein Haltebauteil mit einem Langloch enthält, in welchem eine Schraubenfeder unter Vorspannung aufgenommen ist, welche Schraubenfeder zusätzlich in ein Langloch einragt, das zu dem Langloch des Haltebauteils ausgerichtet in einem relativ zu dem Haltebauteil ver­ schiebbaren, zur Gelenkstange gehörenden Bauteil ausgebildet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ver­ schiebbarkeit des zur Gelenkstange gehörenden Bauteils relativ zum Haltebauteil durch wenigstens einen Anschlagzapfen begrenzt ist, der in ein mit entsprechendem Übermaß ausgebildetes Anschlagloch des zur Gelenkstange gehörenden Bauteils eingreift.