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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Anbindung eines rotatorisch
und translatorisch antreibbaren Abtriebsteil einer Stelleinrichtung
an eine Schaltwelle gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Es
sind bereits Vorrichtungen zur Anbindung einer Stelleinrichtung,
durch die eine Schaltwelle automatisiert betätigbar ist, an eine Schaltwelle
z.B. aus der
DE 43
11 855 A1 bekannt. Insbesondere ist in
18 eine
Anordnung gezeigt, die zwei Stellantriebe aufweist, durch die eine
Welle translatorisch und rotatorisch antreibbar ist. Diese Welle
ist über
eine Kugelgelenkverbindung mit einer einem Schaltgetriebe zugeordneten
Schaltwelle verbunden. Diese Gelenkverbindung umfaßt ein Mitnahmeelement,
das mit der Schaltwelle fest verbunden ist und das einen von einer
in dem Wellenteil des Aktuators vorgesehenen Ausneh mung aufgenommenes
Kugelelement aufweist. Bei dieser Gelenkverbindung ist das Mitnahmeelement
ein erstes Gelenkteil und die Ausnehmung stellt ein zweites Gelenkteil
dar.
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Nachteilig
ist bei dieser Vorrichtung zur Anbindung des rotatorisch und translatorisch
antreibbaren Abtriebsteils der Stelleinrichtung an die Schaltwelle
des Schaltgetriebes, daß durch
Toleranzen im Schaltgetriebe bzw. in der Stelleinrichtung begründete Abweichungen
an die Stelleinrichtung weitergegeben werden, bzw. daß umgekehrt
eine durch Toleranzen begründete
Abweichung des Ausgangsteils der Stelleinrichtung von einer Sollposition
auf die Schaltwelle übertragen
wird. Diese Abweichungen müssen bei
der Auslegung der Stelleinrichtung sowie bei der automatisierten
Betätigung
mittels der Stelleinrichtung einkalkuliert werden.
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Aufgabe
der Erfindung ist es eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Anbindung
eines rotatorisch und translatorisch antreibbaren Abtriebsteils
einer Stelleinrichtung an eine Schaltwelle eines Schaltgetriebes
derart zu schaffen, daß auftretende
Toleranzen ausgleichbar sind.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird durch die im Patentanspruch 1 und 13
gegebenen Merkmale gelöst.
Durch die Maßnahme,
daß das
Abtriebsteil vor der ersten Inbetriebnahme mittels einer zugeordneten
Fixiereinrichtung in einer vorbestimmten Position arretiert ist
und zumindestens eines der Gelenkteile auf dem zugeordneten Bauteil
beweglich gelagert ist, wobei einem beweglich gelagerten Gelenkteil
eine Feststelleinrichtung zur festen Verbindung von Gelenkteil und
dem zugeordneten Bauteil bei eingenommener, der vorbestimmten Position
der Stelleinrichtung entsprechenden Position, zugeordnet ist, sind insbesondere
aufgrund von Fertigungstoleranzen begründete Abweichungen der Schaltwelle
bzw. des Abtriebsteils von der jeweiligen Sollposition ausgleichbar.
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Mittels
der Fixiereinrichtung ist das Abtriebsteil der Stelleinrichtung
in einer, einer vorbestimmten Position des Schaltgetriebes entsprechenden
Position arretiert. Zur Herstellung einer Verbindung von Schaltwelle
und Abtriebsteil treten die Gelenkteile in Wirkverbindung. Beim
in Wirkkontakttreten der beiden Gelenkteile kann das zumindest eine
beweglich gelagerte Gelenkteil eine relative Bewegung zu dem zugeordneten
Bauteil ausführen.
Sofern das Schaltgetriebe noch nicht die der vorbestimmten Position entsprechende
Position eingenommen hat, wird das Schaltgetriebe auf eine dieser
Position entsprechende Position gebracht, wobei damit ggf. eine
Relativbewegung zumindestens eines der Gelenkteile zu dem jeweils
zugeordneten Bauteil von Schaltgetriebe oder Stelleinrichtung begründet sein
kann. Hat sowohl das Schaltgetriebe wie auch die Stelleinrichtung die
vorbestimmte Position eingenommen, so wird die bewegliche Verbindung
des zumindestens einen Gelenkteils mit dem zugeordneten Bauteil
bzw. die beweglichen Verbindungen mittels einer bzw. mehrerer Feststelleinrichtungen
arretiert, so daß ein
Verstellen von Gelenkteil und dem jeweils zugeordneten Bauteil unterbunden
ist. Durch diese relative Beweglichkeit zumindestens eines der Gelenkteile
relativ zu dem zugeordneten Bauteil sind insbesondere aufgrund von
Fertigungstoleranzen auftretende Toleranzen begründete Abweichungen von einer
vorbestimmten Sollposition ausgleichbar.
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Es
hat sich als vorteilhaft herausgestellt, daß die Gelenkverbindung ein
auf der Schaltwelle beweglich gelagertes erstes Gelenkteil, vorzugsweise
Mitnahmeelement umfaßt,
so daß eine
Modifikation der Schaltwelle des Schaltgetriebes nicht erforderlich
ist. Somit ist diese Vorrichtung zur Anbindung einer Stelleinrichtung
an eine Schaltwelle bei jedem Schaltgetriebe einsetzbar. Auch kann
eine Stelleinrichtung bei nicht ausreichendem Platz in axialer Fortsetzung
der Schaltwelle in der direkten Umgebung der aus dem Getriebe herausragenden
Schaltwelle benachbart zu derselben angeordnet werden, wobei eine
Wirkverbindung mittels der Gelenkverbindung bereitstellbar ist.
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Es
hat sich als vorteilhaft herausgestellt, das zweite Gelenkteil mit
dem Abtriebsteil vorzugsweise einstückig auszubilden, wodurch die
Herstellungskosten der Vorrichtung zur Anbindung des Abtriebsteils
an die Schaltwelle reduziert werden. Dadurch kann die Stelleinrichtung
sehr kompakt ausgestaltet werden und ist als Modul montierbar. Würde man
die bewegliche Verbindung in solch einem Fall zwischen dem dem Abtriebsteil
der Stelleinrichtung zugeordneten Gelenkteil und dem Abtriebsteil
vorsehen und wäre
diese bewegliche Verbindung im montierten Zustand durch die Feststelleinrichtung
zu arretieren, so dürfte
dies mit einem erheblichen Montageaufwand aufgrund einer schlechten
Zugänglichkeit
verbunden sein.
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Es
hat sich als vorteilhaft herausgestellt, als Fixiereinrichtung ein,
eine Sollbruchstelle umfassendes Verbindungselement vorzusehen.
Durch Ansteuerung der Stelleinrichtung ist die Arretierung des Abtriebsteils
der Stelleinrichtung unter Brechen der Fixiereinrichtung an der
vorgesehenen Sollbruchstelle aufhebbar.
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Es
hat sich als vorteilhaft herausgestellt als Fixiereinrichtung ein
Verbindungselement vorzusehen, das einerends mit dem Abtriebsteil
und anderenends mit einem ortsfesten Bauteil der Stelleinrichtung,
vorzugsweise ein die Stelleinrichtung umgebendes Gehäuse, fest
verbunden ist. Dieses Verbindungselement kann nach erfolgter Durchtrennung
an der Sollbruchstelle in der Stelleinrichtung verbleiben. Somit
wird durch dieses Verbindungselement eine vorbestimmte Sollposition
des Abtriebsteiles, einer als Modul fertigbaren Stelleinrichtung,
im noch nicht montierten zustand arretiert, wobei nach der Montage
ein lösen
der durch die Fixiereinrichtung begründeten Arretierung des Abtriebsteils
ohne daß das
Modul der Stelleinrichtung geöffnet
werden muß,
durch Ansteuerung der Stelleinrichtung aufhebbar ist.
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Es
hat sich als vorteilhaft herausgestellt mittels Formschluß eine Arretierung
durch die Fixiereinrichtung bereitzustellen. Zur Bereitstellung
ei nes Formschlusses hat es sich als vorteilhaft herausgestellt,
Vorsprünge,
die in zugeordnete Vertiefungen eingreifen, vorzusehen. Vorzugsweise
ist das Abtriebsteil in Form einer Abtriebswelle ausgebildet, die die
Fixiereinrichtung endseitig umgreift, wobei die Fixiereinrichtung
Vorsprünge
aufweist, die in in dem Abtriebsteil ausgebildeten Vertiefungen
eingreifen. Aufgrund der konstruktiv einfachen Ausführung ist solch
eine Fixiereinrichtung mit geringen Herstellungs- und Montagekosten
verbunden. Als Fixiereinrichtung kann ein besonders kostengünstig hersteilbares,
aus Kunststoff bestehendes Spritzgußteil vorgesehen werden.
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Es
hat sich als vorteilhaft herausgestellt, bei einem eine Vorzugsstellung
aufweisendem Getriebe, eine dieser Vorzugsstellung zugeordnete Position des
Aktuators als vorbestimmte Position auszuwählen, so daß eine Positionierung des Getriebes
nach Herstellung der Wirkverbindung der Gelenkteile nicht erforderlich
ist, sofern von außen
keine Kraft auf die Schaltwelle wirkt. Somit wird der Arbeitsschritt
der Positionierung des Getriebes auf eine vorbestimmte Position
eingespart, was sich vorteilhaft auf die Montagekosten auswirkt.
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Es
hat sich als vorteilhaft herausgestellt, daß die Feststelleinrichtung
ein Klemmelement umfaßt, mittels
dessen vorzugsweise das erste Gelenkteil kraftschlüssig mit
der Schaltwelle verbindbar ist. Ist die Stelleinrichtung parallel
zur Schaltwelle angeordnet, so ist die Schaltwelle im Regelfall
aus axialer Richtung leicht zugängig,
so daß ein
Klemmelement zur Fixierung einer beweglichen Verbindung zwischen
Gelenkteil und Schaltwelle aus axialer Richtung leicht einführbar ist.
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In
einigen Ausführungsfällen kann
es auch vorteilhaft sein, wenn die bewegliche Verbindung lediglich
bezüglich
eines Freiheitsgrades beweglich ausgebildet ist und die Stellung
bezüglich
des zweiten Freiheitsgrades bereits vorgegeben ist und somit Fertigungstoleranzen
bezüglich
des ersten Freiheitsgrades ausgleichbar sind.
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Es
zeigt:
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1a–1c:
Stelleinrichtung, die mittels einer Vorrichtung mit einer Schaltwelle
eines Schaltgetriebes gekoppelt ist;
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2:
Längsschnitt
durch die Vorrichtung zur Anbindung der Stelleinrichtung an die
Schaltwelle;
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3:
Schnitt durch die Vorrichtung zur Anbindung an die Schaltwelle entlang
A-A;
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4:
Schnitt durch die Vorrichtung zur Anbindung der Stelleinrichtung
an die Schaltwelle gemäß 2 entlang
B-B;
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5:
Ausführungsvariante
einer Fixiereinrichtung im Längsschnitt
entlang A-A gemäß 2.
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Anhand
von 1a bis 1c wird
zunächst
der prinzipielle Aufbau, insbesondere der Stelleinrichtung, näher beschrieben.
Die Stelleinrichtung 1 umfaßt einen Betätigungsmotor 3.
Mittels dieses Betätigungsmotors 3 ist
ein zugeordnetes Segmentzahnrad 5, das drehbar und axial
fest gelagert ist, antreibbar. Dieses Segmentzahnrad 5 ist
mit einer Schrägverzahnung 7 ausgebildet,
die mit einer in einem zugeordneten Abtriebsteil 9, das
hier in Form einer Aktorwelle 11 ausgebildet ist, kämmt. vorzugsweise
weist diese mit der Aktorwelle kämmende Schrägverzahnung 7 zur
Bereitstellung einer Übersetzung
des vom Betätigungsmotor 3 bereitgestellten Drehmomentes,
einen geringeren Abstand von der Drehachse des Segmentzahnrades 5 auf,
als eine mit dem Betätigungsmotor 3 in
Wirkkontakt stehende Verzahnung 6. Die Aktorwelle 11 ist
drehbar und axial verschiebbar mittels der Lager 61 gelagert.
Mit der Aktorwelle 11 ist ein Führungselement 15 fest
verbunden, das vorzugsweise eine geschlossenen Hutbahn 19 aufweist,
die Schalt bewegungen entsprechende Nutungsabschnitte 16, 18 umfaßt. Der
Nutungsabschnitt 16 entspricht einem Fahrgangwechsel ohne
Gassenwahl, wie z.B. einem Fahrgangwechsel von dem ersten in den
zweiten Fahrgang und der Nutungsabschnitt 18 entspricht
einem Fahrgangwechsel mit Gassenwahl, wie z.B. vom zweiten Fahrgang
in den dritten Fahrgang. In diese Hutbahn 19 greift ein
Führungsbolzen 17 ein,
der durch einen zugeordneten Stellmotor 13 zur Vorgabe
einer entsprechenden Schaltbewegung antreibbar ist. Dabei wird der
Führungsbolzen 17,
eine Bewegung in einem die Nutungsabschnitte 16, 18 verbindenden
Nutungsabschnitt 20 ausführend, vor den entsprechenden
Nutungsabschnitt 16, 18 bewegt. in dem dargestellten
Ausführungsbeispiel
ist der Führungsbolzen 17 über ein
Zahnstangengetriebe 71 mittels des Stellantriebes 13 translatorisch
antreibbar. Das Zahnstangengetriebe 71 umfaßt ein Eingangsteil 73,
das mittels des Stellmotors 13 über ineinandergreifende Verzahnung
antreibbar ist. Mit dem Eingangsteil 73 ist ein Ausgangsteil 75 über eine
Verzahnung verbunden, wobei das Ausgangsteil 75 durch eine
vorgesehene Linearführung 77 nur
in axialer Richtung der Aktorwelle 11 antreibbar ist. Mit
dem Ausgangsteil 75 ist der Bolzen 17, eine Bolzen-Nut-Verbindung
bildend, fest verbunden, wobei der Bolzen in die Hutbahn 19 des
Führungselementes
eingreift.
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Mit
der Aktorwelle 11 ist ein erstes Gelenkteil 27,
das endseitig mit einem Kugelkopf 33 ausgebildet ist, fest
verbunden. Dieser Kugelkopf 33 greift in eine Ausnehmung 30 eines
Mitnahmeelementes 29, das zweite Gelenkteil 31 bildend,
ein. Das zweite Gelenkteil 31 ist auf der Schaltwelle 23 gelagert.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel
ist das zweite Gelenkteil 31 mittels einer Feder-Nut-Verbindung 53 drehfest, jedoch
axial beweglich auf der Schaltwelle 23 gelagert. Durch
die Gelenkteile 27, 31 wird eine gelenkige Verbindung 25 von
Aktorwelle 11 zur Schaltwelle 23 bereitgestellt.
Dem Mitnahmeelement 29 bzw. zweiten Gelenkteil 31 ist
eine Klemmeinrichtung 51, durch die eine feste Verbindung
von zweitem Gelenkteil 31 zur Schaltwelle 23 herstellbar
ist, zugeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel
ist die Klemmeinrichtung 51 zweiteilig, eine Klemmhülse 55 und
eine Feststellschraube 59 umfassend, ausgebildet. Das Mitnahmeelement 29 ist
endseitig mit einer nach radial innen weisenden Ausnehmung 28 versehen,
so daß mittels
der Feststellschraube 59 die Klemmhülse 53, die auf der
der Schaltwelle 23 zugewandten Seite mit einem Keilprofil
ausgebildet ist, und die Schaltwelle 23 umgreift und zur
Herstellung einer festen Verbindung des zweiten Gelenkteiles 31 mit
der Schaltwelle 23 koaxial zwischen den beiden letztgenannten
eingeschoben wird. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, das Mitnahmeelement 29 mittels
einer anderen Einrichtung z.B. durch direktes verschrauben, mit
der Schaltwelle 23 fest zu verbinden.
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Anhand
von 2 bis 5 werden mögliche Ausführungen einer Vorrichtung zur
Anbindung 21 eines Stellantriebes an die Schaltwelle näher beschrieben.
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In 2 ist
ein Längsschnitt
durch die Vorrichtung 1 zur Anbindung der rotatorisch und
translatorisch antreibbaren Aktorwelle 11 an die Schaltwelle 23 eines
Schaltgetriebes dargestellt. Die Schaltwelle 23 wird koaxial
von dem Mitnahmeelement 29 umgeben, das eine Ausnehmung 30 aufweist,
in der der Kugelkopf 33 des ersten Gelenkteiles 27 aufgenommen
ist. Der Kugelkopf 33 ist Teil des ersten Gelenkteiles 27,
das mit der Aktorwelle 11 verbunden ist, wobei eine rotatorische
Bewegung des ersten Gelenkteiles 27 um seine Mittenachse
zugelassen sein kann. Die Stelleinrichtung wird von einem Gehäuse 2 umgeben,
das mit einem Durchbruch 69 zur Ermöglichung der Verbindung von
ersten 27 und zweiten Gelenkteil 31 versehen ist.
Zur Abdichtung des Gehäuses
ist eine Muffe 67 vorgesehen.
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Anhand
von 3 wird im Folgenden eine mögliche Ausführung einer Fixiereinrichtung 35 näher beschrieben.
In 3 ist ein Schnitt entlang A-A, wie in 2 eingezeichnet,
dargestellt. Die Aktorwelle 11 ist mittels des Lagers 61 in
dem Gehäuse 2 drehbar
und axial verschiebbar gelagert. Als Fixiereinrichtung 35 ist
ein Verbindungselement 37 in Form eines Stiftes vorgesehen,
der einerseits in einer in der Aktorwelle 11 endseitig
ausgebildeten Ausnehmung 40 angeordnet ist und anderenends
von einer in dem Gehäuse 2 ausgebildeten
Ausnehmung 42 aufgenommen ist. Dieser Verbindungsstift 38 weist eine
Sollbruchstelle 41 auf, so daß durch Ansteuerung der Stelleinrichtung 1 bei
Bruch des Stiftes an der Sollbruchstelle die Arretierung aufgehoben
ist und das Gehäuse 2 durch
den im Gehäuse 2 verbleibenden
Teilabschnitt verschlossen ist.
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In 4 ist
ein Ausführungsbeispiel
einer Feststelleinrichtung 49 im Längsschnitt entlang B-B gemäß 2 dargestellt.
Diese Feststelleinrichtung 49 ist endseitig, auf der dem
Getriebe abgewandten Seite der Schaltwelle, angeordnet. Bei diesem
Ausführungsbeispiel
einer Feststelleinrichtung ist eine Klemmeinrichtung 51 zur
Herstellung einer kraftschlüssigen
Verbindung von Mitnahmeelement 29 zur Schaltwelle 23 vorgesehen.
Diese Klemmeinrichtung 51 umfaßt eine Klemmhülse 55,
die die Schaltwelle 23 koaxial umgibt. Das Mitnahmeelement 29 ist auf
der der Klemmhülse 55 zugewandten
Seite mit einer Ausnehmung 28 ausgebildet, in der mit gegensinniger
Steigung ausgebildete Klemmelemente 57 angeordnet sind.
Durch die relative Lage dieser Klemmelemente 57 zu der
Klemmhülse 55,
deren axiale Position bezüglich
der Schaltwelle 23 mittels einer Feststellschraube 59 einstellbar
ist, ist die wirkende Klemmkraft, eine Arretierung mittels Kraftschluß bereitstellend
einstellbar.
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In 5 ist
eine Ausführungsvariante
einer Fixiereinrichtung 35 im Längsschnitt entlang A-A gemäß 2 dargestellt.
Die Aktorwelle 11 ist in dem Gehäuse 2 mittels des
Lagers 61 drehbar und axial verschiebbar gelagert. Endseitig
ist die Aktorwelle 11 mit Vertiefungen 47 versehen,
in die zugeordnete Vorsprünge 45 eines
zugeordneten Fixierelementes 43 eingreifen. Durch die Vorsprünge 45,
die in die zugeodneten Vertiefungen 47 eingreifen, ist
eine Arretierung bezüglich
Rotation und Translation bereitstellbar. vorzugsweise wird das Gehäuse 2 endseitig
von der Aktorwelle 11 durch das Fixierelement 43 verschlossen.
Durch Ansteuerung der Aktorwelle 11, vorzugsweise durch
den Betätigungsmotor 3,
wird die Aktorwelle 11 angetrieben, womit ein Abscheren der
in den Vertiefungen 47 befindlichen Vorsprüngen 45 einhergeht.
Damit ist die Arretierung der Aktorwelle 11 aufgehoben.
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- 1
- Stelleinrichtung
- 2
- Gehäuse
- 3
- Betätigungsmotor
- 5
- Segmentzahnrad
- 6
- Verzahnung
- 7
- Schrägverzahnung
- 9
- Abtriebsteil
- 11
- Aktorwelle
- 13
- Stellmotor
- 15
- Führungselement
- 16
- Gangwechsel
von 1 nach 2
- 17
- Führungsbolzen
- 18
- Gangwechsel
von 2 nach 3
- 19
- Mutbahn
- 20
- Nutungsabschnitt
- 21
- Vorrichtung
zur Anbindung
- 23
- Schaltwelle
- 25
- gelenkige
Verbindung, Gelenk-Verbindung
- 27
- erstes
Gelenkteil
- 28
- Ausnehmung
- 29
- Mitnahmeelement
- 30
- Ausnehmung
- 31
- Vorrichtung
zur Anbindung
- 35
- Fixiereinrichtung
- 37
- Verbindungselement
- 38
- Stift
- 39
- Nutung
- 40
- Ausnehmung
- 41
- Sollbruchstelle
- 42
- Ausnehmung
- 43
- Fixierelement
- 45
- Vorsprünge
- 47
- Vertiefungen
- 49
- Feststelleinrichtung
- 51
- Klemmeinrichtung
- 53
- Feder-Nut-Verbindung
- 55
- Klemmhülse
- 57
- Klemmelement
- 59
- Feststellschraube
- 61
- Lager
- 67
- Muffe
- 69
- Durchbruch
- 71
- Zahnstangengetriebe
- 73
- Eingangsteil
- 75
- Ausgangsteil
- 77
- Linearführung
- 79
- Bolzen-Nut-Verbindung