DE19851466A1 - Stellglied - Google Patents

Abstract

Ein Stellglied, insbesondere für ein automatisiertes Getriebe, umfaßt einen Stellgliedantrieb (104) zur Erzeugung einer Betätigungskraft für ein zu betätigendes Organ, eine Unterstützungs-Federkrafterzeugungseinheit (108) zur Erzeugung einer den Stellgliedantrieb (104) bei Betätigen des zu betätigenden Organs unterstützenden Unterstützungskraft sowie eine Vorspannanordnung (114) zum Ändern des Vorspannzustands der Unterstützungs-Federkrafterzeugungseinheit (108) vor Erzeugung der Betätigungskraft durch den Stellgliedantrieb (104).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Stellglied, insbesondere für ein automatisiertes Getriebe, umfassend einen Stellgliedantrieb zur Erzeugung einer Betätigungskraft für ein zu betätigendes Organ und eine Unter­ stützungs-Federkrafterzeugungseinheit zur Erzeugung einer den Stellglied­ antrieb bei Betätigung des zu betätigenden Organs unterstützenden Unterstützungskraft.

Ein derartiges Stellglied ist beispielsweise aus der DE 44 33 826 C2 bekannt. Bei diesem bekannten Stellglied wirkt der Stellgliedantrieb in Form eines Antriebsmotors auf ein Zahnradsegment ein, welches wiederum in Wirkungsverbindung mit einem Abtriebselement, beispielsweise einer Kolbenstange eines Geberzylinders, steht. Die Bewegung des Zahnradseg­ ments wird durch eine Kompensationsfeder unterstützt, die bei Bewegung des Zahnradsegments in einer Richtung gespannt wird und sich dann bei Bewegung in der entgegengesetzten Richtung entspannt. Während eine derartige Anordnung beispielsweise zum Einsatz bei automatisierten Kupplungen zweckdienlich ist, wobei beim Ausrückvorgang gegen die Kraft einer Membranfeder gearbeitet werden muß und dabei die Kompensations­ feder eine Unterstützungskraft liefert und beim Einrückvorgang sich die Membranfeder der Kupplung wieder entspannt und dabei einen Kraftbeitrag zum Spannen der Kompensationsfeder liefert, ist der Einsatz in Verbindung mit zu beaufschlagenden Organen, bei welchen in beiden Bewegungs­ richtungen eine Betätigungskraft erzeugt werden muß, nicht zweckdienlich, da zumindest in einer Bewegungsrichtung der Stellgliedantrieb zusätzlich gegen die Kraft der Kompensationsfeder arbeiten müßte.

Aus der EP 0 198 114 B1 ist ein Stellglied bekannt, mit welchem ins­ besondere Gangschaltvorgänge in Getrieben schnell vorgenommen werden können. Das Stellglied umfaßt einen Antriebsmotor, der über eine Zahnrad­ verbindung eine Zahnstange linear verschieben kann. Durch Linearver­ schiebung der Zahnstange wird in Vorbereitung eines Schaltvorgangs eine Feder gespannt, welche jedoch durch eine Arretierung zunächst im gespannten Zustand gehalten wird. Soll der Schaltvorgang durchgeführt werden, so wird die Arretierung freigegeben und die Feder kann sich zur Beaufschlagung des zu betätigenden Organs entspannen. Bei diesem bekannten Stellglied wird also die Betätigungskraft alleine durch die Vorspannung der Feder erzeugt; bei Durchführung des Schaltvorgangs selbst wird der Stellgliedantrieb nicht betätigt. Dies führt zu dem Problem, daß eine Regelung des Schaltvorgangs nicht möglich wird, d. h. der zeitliche Ablauf ist alleine durch die Entspannungscharakteristik der Feder vor­ gegeben.

Aus der EP 0 301 724 B1 ist ein Stellglied bekannt, das ebenfalls zum Einwirken auf eine Schaltwelle eines Getriebes ausgebildet ist, und bei welchem in Serie ein Antriebsmotor mit einem Antriebszahnrad oder dergleichen und eine mehrstufig wirkende Federanordnung geschaltet sind. Bei Durchführung eines Schaltvorgangs wird der Motor erregt und wirkt dabei auf die Federanordnung derart ein, daß diese zunächst gespannt wird, wenn die auf die Schaltwelle einwirkende Gegenkraft die Durchführung eines Schaltvorgang noch nicht erlaubt. Erst wenn die Gegenkraft abnimmt und durch die Vorspannkraft der Feder überwunden wird, wird sich auch die Feder entspannen und die Schaltwelle betätigen. Das heißt, auch bei dieser Anordnung wird der Schaltvorgang im wesentlichen durch Entspannung der Federanordnung durchgeführt, wobei auch hier das Problem besteht, daß eine genaue Regelung des zeitlichen Ablaufs nicht möglich ist.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Stellglied vorzusehen, mit welchem Schaltvorgänge in präzise gesteuerter Art und Weise sehr schnell durchgeführt werden können.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Stellglied, ins­ besondere für ein automatisches Getriebe, umfassend einen Stellgliedantrieb zur Erzeugung einer Betätigungskraft für ein zu betätigendes Organ und eine Unterstützungs-Federkrafterzeugungseinheit zur Erzeugung einer den Stellgliedantrieb bei Betätigung des zu betätigenden Organs unterstützenden Unterstützungskraft.

Bei dem erfindungsgemäßen Stellglied ist ferner eine Vorspannanordnung vorgesehen zum Ändern des Vorspannzustands der Unterstützungs- Federkrafterzeugungseinheit vor Erzeugung der Betätigungskraft durch den Stellgliedantrieb.

Wesentliches Charakteristikum der vorliegenden Erfindung ist also, daß bei Durchführung von Betätigungsvorgängen die Unterstützungs-Federkraft­ erzeugungseinheit und der Stellantrieb zusammenwirken, so daß durch geeignetes Ansteuern des Stellgliedantriebs der zeitliche Ablauf eines Betätigungsvorgangs im wesentlichen vorgegeben beziehungsweise dosiert werden kann, was insbesondere bei der Durchführung von Schaltvorgängen in einem automatisierten Getriebe vorteilhaft ist. Da erfindungsgemäß ferner die Unterstützungs-Federkrafterzeugungseinheit bereits vor Durchführung des Betätigungsvorgangs in ihrem Vorspannzustand verändert wird, beispielsweise deren Vorspannkraft erhöht wird, kann die zum Unterstützen des Stellgliedantriebs zu erzeugende Unterstützungskraft beliebig eingestellt werden, so daß beispielsweise die durch den Stellgliedantrieb selbst zu erzeugende Kraft verringert werden kann, d. h. dieser Stellgliedantrieb gerin­ ger dimensioniert werden kann oder - bei Verstärkung der Vorspannung - eine deutlich höhere Ausgangskraft des Stellglieds bereitgestellt werden kann. Infolge dessen können auch Betätigungsvorgänge deutlich schneller durchgeführt werden.

Das erfindungsgemäße Stellglied kann beispielsweise ein Antriebselement aufweisen, welches durch den Stellgliedantrieb bewegbar ist und gegebe­ nenfalls über ein Abtriebselement mit dem zu betätigenden Organ gekoppelt oder koppelbar ist, und die Unterstützungs-Federkrafterzeugungseinheit kann bei Erzeugung der Unterstützungskraft am Antriebselement angreifen.

Insbesondere dann, wenn das erfindungsgemäße Stellglied zur Betätigung eines automatisierten Getriebes eingesetzt werden soll, in welchem ein zu betätigendes Organ im wesentlichen zwischen zwei Stellungen hin und her zu bewegen ist, ist es vorteilhaft, wenn das Antriebselement durch den Stellgliedantrieb im wesentlichen im Bereich zwischen zwei Endlagenberei­ chen bewegbar ist und wenn die Unterstützungs-Federkrafterzeugungs­ einheit durch die Vorspanneinheit zumindest jedem Endlagenbereich des Antriebselements zugeordnet in eine jeweilige Vorspannlage bringbar ist, in welcher die Unterstützungs-Federkrafterzeugungseinheit eine Unterstüt­ zungskraft zur Bewegung des Antriebselements aus der jeweiligen Lage heraus erzeugen kann.

Beispielsweise kann das erfindungsgemäße Stellglied derart ausgestaltet sein, daß die Unterstützungs-Federkrafterzeugungseinheit zumindest in einem Unterstützungskrafterzeugungs-Vorbereitungszustand mit einem ersten Endbereich an dem Antriebselement oder einer mit diesem ver­ bundenen Komponente angreift und mit einem zweiten Endbereich an einer bei Durchführung von Betätigungsvorgängen vorzugsweise im wesentlichen feststehenden Komponente abgestützt ist und daß zur Änderung der Vorspannung zumindest ein Endbereich der Unterstützungs-Federkraft­ erzeugungseinheit, vorzugsweise der zweite Endbereich, bewegbar ist.

Bei einer Ausgestaltungsform kann die Unterstützungs-Federkrafterzeu­ gungseinheit eine Axialkraftfeder, vorzugsweise Schraubendruckfeder oder dergleichen, umfassen, welche zum Ändern der Vorspannung verschwenk­ bar ist.

Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, daß die Unterstützungs-Federkraft­ erzeugungseinheit eine Axialkraftfeder, vorzugsweise Schraubendruckfeder oder dergleichen, mit einer Federlängsachse umfaßt und daß zum Ändern der Vorspannung der zweite Endbereich im wesentlichen in Richtung der Federlängsachse auf den ersten Endbereich zu verlagerbar ist oder umgekehrt.

Um den für das erfindungsgemäße Stellglied bereitzuhaltenden Bauraum möglichst kleinzuhalten, wird vorgeschlagen, daß der jeweilige Endbereich beziehungsweise die Axialkraftfeder im wesentlichen in einer Bewegungs­ ebene, in welcher das Antriebselement durch den Stellantrieb verlagerbar ist, oder einer dazu im wesentlichen parallelen Ebene bewegbar ist.

Bei einer weiteren alternativen Ausgestaltungsform kann vorgesehen sein, daß die Unterstützungs-Federkrafterzeugungseinheit eine Drehkraftfeder, vorzugsweise Torsionsfeder, Spiralfeder oder dergleichen, mit einer Federlängsachse umfaßt und daß der zweite Endbereich zum Ändern der Vorspannung bezüglich des ersten Endbereichs um die Federlängsachse drehbar oder bewegbar ist.

Ein einfach zu realisierender Aufbau, welcher die Prinzipien der vorliegenden Erfindung nutzt, kann erhalten werden, wenn das Antriebselement durch den Stellgliedantrieb um eine Drehachse verschwenkbar ist und die Unterstützungs-Federkrafterzeugungseinheit mit ihrem ersten Endbereich am Antriebselement bezüglich der Drehachse exzentrisch angreift.

Bei Einsatz einer Axialkraftfeder kann hierzu beispielsweise vorgesehen sein, daß die Vorspanneinheit ein durch einen Vorspannantrieb um eine zum Angriffsbereich des ersten Endbereichs am Antriebselement exzentrische Achse, vorzugsweise der Drehachse des Antriebselements, verschwenk­ bares Widerlagerelement umfaßt, an welchem der zweite Endbereich abgestützt ist.

Alternativ kann in Verbindung mit einer Axialkraftfedervorgesehen sein, daß die Vorspanneinheit wenigstens ein durch einen Vorspannantrieb um die Drehachse verschwenkbares Deckscheibenelement umfaßt, wobei das Antriebselement und das wenigstens eine Deckscheibenelement jeweils wenigstens eine Federausnehmung zum Abstützen einer Axialkraftfeder, vorzugsweise Schraubendruckfeder oder dergleichen, mit ihren beiden Endbereichen aufweisen. In diesem Falle entspricht der Aufbau näherungs­ weise demjenigen eines beispielsweise in Kupplungsscheiben oder Zwei- Massen-Schwungrädern eingesetzten Torsionsschwingungsdämpfers mit zumindest einem Deckscheibenelement und einem zentralen Scheiben­ element, welche bezüglich einander verlagerbar sind.

Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Erzeugen einer Betätigungskraft durch ein Stellglied, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:

• a) in einer Phase, in welcher durch das Stellglied keine Betätigungskraft zu erzeugen ist, Bringen einer Unterstützungs-Federkrafterzeugungs­ einheit in einen Vorspannzustand,
• b) in einer Phase, in welcher eine Betätigungskraft zu erzeugen ist, Antreiben eines Stellgliedantriebs zur Erzeugung einer Grund- Betätigungskraft und - durch Entspannen der Unterstützungs- Federkrafterzeugungseinheit aus ihrem vorgespannten Zustand - Er­ zeugen einer den Stellgliedantrieb unterstützenden Unterstützungs­ kraft.

Insbesondere wenn durch die Betätigungskraft ein Organ eines automatisier­ ten Getriebes zu betätigen ist, ist es vorteilhaft, den Schritt a) dann durchzuführen, wenn erfaßt worden ist, daß in dem Getriebe ein Schaltvor­ gang durchzuführen ist, und bevor eine dem Getriebe zugeordnete Kupplung eine zum Durchführen des Schaltvorgangs erforderliche Ausrücklage erreicht hat.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegenden Figuren anhand bevorzugter Ausgestaltungsformen detailliert beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 schematisch ein erfindungsgemäßes Stellglied in einem Vorbereitungszustand, in dem eine Unterstützungskraft­ erzeugungsfeder vorgespannt ist;

Fig. 2 das Stellglied der Fig. 1 nach Durchführung eines Betätigungs­ vorgangs, wobei nunmehr die Unterstützungskrafterzeugungs­ feder entspannt ist;

Fig. 3 einen zweiten Vorbereitungszustand, in dem das Stellglied mit nunmehr wieder gespannter Unterstützungskrafterzeugungs­ feder für eine Betätigung in entgegengesetzter Richtung vorbereitet ist;

Fig. 4 Zeitdiagramme zur Veranschaulichung des zeitlichen Ablaufs eines Schaltvorgangs unter Einsatz eines erfindungsgemäßen Stellglieds, wobei

Fig. 4a den zeitlichen Verlaufs des Motorausgangsmoments darstellt,

Fig. 4b den Ausrückzustand der Kupplung im zeitlichen Ablauf darstellt,

Fig. 4c die Durchführung eines Vorwahlvorgangs darstellt;

Fig. 4d den Schaltweg eines bei Durchführung des Schaltvorgangs zu bewegenden Organs eines Getriebes darstellt;

Fig. 4e den Vorspannzustand einer Unterstützungs-Federkrafterzeu­ gungsanordnung in dem Stellglied darstellt;

Fig. 5 die wesentlichen Komponenten einer ersten Ausgestaltungs­ form des erfindungsgemäßen Stellglieds;

Fig. 6 die wesentlichen Komponenten einer zweiten Ausgestaltungs­ form des erfindungsgemäßen Stellglieds; und

Fig. 7 die wesentlichen Komponenten einer dritten Ausgestaltungs­ form des erfindungsgemäßen Stellglieds.

Die prinzipielle Funktionsweise des erfindungsgemäßen Stellglieds bei Erzeugung einer Betätigungskraft wird nachfolgend mit Bezug auf die Fig. 1 bis 3 beschrieben. Dabei ist in der Fig. 1 das allgemein mit 100 bezeich­ nete Stellglied in einer Vorbereitungsstellung, in welcher ein als Zahnradseg­ ment ausgebildetes Antriebselement 102 durch einen Stellgliedantrieb 104, beispielsweise einen Elektromotor, der über ein Zahnrad 106 oder ein Schneckenrad oder einen sonstigen Übertragungsmechanismus auf das Zahnradsegment 102 einwirkt, in die dargestellte Stellung gebracht worden ist. Eine allgemein mit 108 bezeichnete Unterstützungs-Federkrafterzeu­ gungseinheit, im folgenden Unterstützungsfeder 108 genannt, die sich am Antriebselement 102 bezüglich dessen Drehachse A mit ihrem ersten Endbereich 110 exzentrisch abstützt und die sich mit ihrem zweiten Endbereich 112 an einem Widerlagerelement 114 abstützt, ist in einen vorgespannten Zustand gebracht.

Soll ausgehend von diesem in Fig. 1 dargestellten Zustand durch Schwenk­ bewegung des Antriebselements 102 ein Betätigungsvorgang durchgeführt werden, beispielsweise ein mit dem Antriebselement 102 gekoppeltes Abtriebselement oder dergleichen verschoben werden, so wird durch entsprechende Ansteuerung der Stellgliedantrieb 104 erregt, so daß er das Antriebselement 102 in der Darstellung der Fig. 1 entgegen dem Uhrzeiger­ sinn verschwenkt und nunmehr ausgehend von der in Fig. 1 dargestellten ersten Betätigungsendstellung zu der in Fig. 2 dargestellten zweiten Betätigungsendstellung kommt. In dieser zweiten Betätigungsendstellung ist die Unterstützungsfeder 108 nunmehr im wesentlichen entspannt, d. h. sie hat sich in Richtung ihrer Längsachse L gedehnt. Bei Durchführung des Betätigungsvorgangs unterstützt die Unterstützungsfeder 108 durch die durch diese bereitgestellte Unterstützungskraft den Stellantrieb 104, so daß eine deutlich größere Ausgangskraft des Stellglieds erzeugt werden kann oder gegebenenfalls auch der Stellantrieb 104 kleiner dimensioniert werden kann.

Um nun bei Betätigung in entgegengesetzter Richtung, d. h. bei Zurückbe­ wegung des Antriebselements 102 in die in Fig. 1 dargestellte Stellung ebenfalls Nutzen von der Unterstützungskraft der Unterstützungsfeder 108 nehmen zu können, wird bereits vor Durchführung dieses weiteren Betätigungsvorgangs beispielsweise das Widerlagerelement 114 in die in Fig. 3 dargestellte Stellung gebracht. Dabei kann das Widerlagerelement 114, wie durch eine Linie R angedeutet, näherungsweise auf einer Kreislinie um die Drehachse A des Antriebselements 102 so weit bewegt werden, daß aufgrund des bezüglich der Drehachse A exzentrischen Angreifens der Unterstützungsfeder 108 mit ihrem ersten Endbereich 110 am Antriebs­ element 102 die Unterstützungsfeder 108 wieder gespannt wird. Wird dann das Stellglied 100 durch Erregen des Stellgliedantriebs 104 wieder in Bewegung versetzt, so unterstützt die Unterstützungsfeder 108 erneut die Kraftausgabe des Stellgliedantriebs 104.

Es sei darauf verwiesen, daß ein derartiges Prinzip selbstverständlich nicht nur dann eingesetzt werden kann, wenn zwischen zwei Betätigungsend­ stellungen hin und her verschoben wird. Auch ist die Einnahme jeder Zwischenstellung möglich, und es ist ferner möglich, die Unterstützungs­ feder 10 in eine beliebige zwischen den beiden in den Fig. 2 und 3 dargestellten Lagen liegende Lage zu bringen, um auch in Abhängigkeit von dem durchzuführenden Betätigungsvorgang durch die Unterstützungsfeder 108 eine geeignete Unterstützungskraft zu erzeugen. Darüberhinaus ist es möglich, beispielsweise bei Ausfall des Stellantriebs 104 unabhängig von diesem die Unterstützungsfeder 108 wieder in ihren Vorspannzustand zu bringen und dadurch eine derart große Kraft zu erzeugen, daß auch ohne unterstützende Kraftausgabe des Stellgliedantriebs 104 das Abtriebselement wieder im gewellten Sinne beaufschlagt und bewegt wird.

Ein derartiges Stellglied läßt sich, wie bereits angesprochen, in vorteilhafter Weise in Verbindung mit einem automatisierten Schaltgetriebe einsetzen, bei dem beispielsweise die Schaltwelle im allgemeinen zwischen zwei End­ stellungen hin und her zu bewegen ist, um gewünschte Schaltzustände einzunehmen. Der zeitliche Ablauf eines Schaltvorgangs wird im folgenden mit Bezug auf die Fig. 4 beschrieben.

Dort stellt die Fig. 4a den zeitlichen Verlauf des Motordrehmoments dar, das während der Durchführung eines Schaltvorgangs heruntergeregelt wird, um ein Hochdrehen des Motors bei Ausrücken der Kupplung, was in Fig. 4b verdeutlicht ist, zu verhindern. Es sei beispielsweise angenommen, daß zum Zeitpunkt t₁ durch den Fahrer zu erkennen gegeben wird, welcher Schaltvor­ gang durchzuführen ist. Dies kann beispielsweise durch Erfassen der Bewegung eines Schalthebels oder dergleichen erfolgen. Ungefähr zum Zeitpunkt der Erfassung des Schaltwunsches, d. h. zum Zeitpunkt t₁, wird also das Motordrehmoment M herabgeregelt und gleichzeitig wird begon­ nen, die Kupplung aus einem vollständig eingerückten Zustand E in einen Ausrückzustand zu bringen, der das Durchführen von Schaltvorgängen ermöglicht. Bereits zum Zeitpunkt t₁ wird ebenfalls über eine geeignete Anordnung, sofern dies bei dem einzusetzenden Getriebe erforderlich ist, ein Vorwahlglied in eine entsprechende Lage gebracht, so daß beruhend auf der Lage des Vorwahlglieds nachfolgend die Schaltwelle bewegt wird. Dieser Vorwahlvorgang ist in Fig. 4c verdeutlicht, wo schematisch die Lage eines Vorwahlglieds zwischen zwei Stellungen 1. und 2. eingezeichnet ist. Ferner wird, wie in Fig. 4e erkennbar, unmittelbar bei Erfassung des Schaltwun­ sches begonnen, die Unterstützungsfeder 108, wie sie in den Fig. 1 bis 3 gezeigt ist, in ihren Vorspannzustand zu bringen. Das heißt, es wird ein Übergang vollzogen, wie er beispielsweise von Fig. 2 nach Fig. 3 erkennbar ist. Das Vornehmen dieses Vorspannvorgangs erst nach Erfassung des Schaltwunsches hat zwei wesentliche Gründe. Zum einen kann dadurch verhindert werden, daß die Unterstützungsfeder 108 bereits während einer relativ langen Zeitdauer, während welcher kein Schaltvorgang durch­ zuführen ist, in einem vorgespannten Zustand bleibt. Es können somit Ermüdungserscheinungen im Bereich der Feder 108 vermieden werden. Zum anderen kann, wie vorangehend angesprochen, in Abhängigkeit vom durchzuführenden Schaltvorgang, es wünschenswert sein, verschiedene Vorspannlagen einzunehmen, was aber erst dann entschieden werden kann, wenn bekannt ist, welcher Schaltvorgang durchzuführen ist. Sind alle Vorbereitungsmaßnahmen abgeschlossen, so kann beispielsweise beginnend mit dem Zeitpunkt t₂ der eigentliche Schaltvorgang durchgeführt werden, d. h., wie in Fig. 4d dargestellt, das zu betätigende Organ, beispielsweise die Schaltwelle, kann von der Stellung 1. zur Stellung 2. gebracht werden, wobei hier ein Plateau auftritt, das der Synchronisationsphase entspricht. Da dieser Übergang der Schaltwelle von der einen Stellung in die andere einhergeht mit der Bewegung des Antriebselements 102 im Stellglied 100, wird gleichzeitig auch die Unterstützungsfeder 108 entspannt, was in Fig. 4e erkennbar ist. Es sei darauf verwiesen, daß nicht notwendigerweise der Endzustand der Entspannung dem Anfangszustand entsprechen muß. Das hängt, wie vorangehend bereits angesprochen, möglicherweise davon ab, welche Betätigungszustände vor und nach Durchführung eines Schaltvor­ gangs das Stellglied 100 einnimmt.

Ungefähr zu der Zeit t₃, zu der das zu betätigende Organ, hier die Schaltwel­ le, ihre Endlage erreicht, wird auch das Motorausgangsmoment wieder hochgefahren und die Kupplung wird in ihren Einrückzustand gebracht, wobei hier ein zeitliches Vorauseilen oder Nacheilen der verschiedenen Vorgänge vorgenommen werden kann. Das Stellglied ist dann wieder bereit zur Durchführung eines erneuten Schaltvorgangs.

Mit Bezug auf die Fig. 5 bis 7 werden im folgenden konkrete Ausgestal­ tungsformen eines Stellglieds gezeigt, das die vorangehend beschriebene Funktionscharakteristik aufweist. Dabei entspricht das in Fig. 5 per­ spektivisch dargestellte Stellglied im wesentlichen dem Funktionsschema der Fig. 1 bis 3. Das heißt, das Antriebselement 102 ist hier um eine Drehachse A schwenkbar getragen und ist durch den Stellgliedantrieb 104, z. B. einen Elektromotor, und ein entsprechendes Schneckenrad, Zahnrad oder dergleichen 106 zur Schwenkbewegung antreibbar.

Die Unterstützungsfeder 108 umfaßt hier zwei teleskopierbare Elemente 116, 118, wobei das Element 118 am Antriebselement 102 um eine zur Drehachse A im wesentlichen parallele, bezüglich dieser jedoch versetzt liegende Achse B, verschwenkbar angreift und das Element 116 sich an einem U-förmig ausgebildeten Widerlagerelement 114 abstützt. Das U-förmig ausgebildete Widerlagerelement 114 ist, wie bereits mit Bezug auf die Fig. 1 bis 3 angedeutet, ebenfalls um die Achse A schwenkbar getragen. Ferner ist ein Vorspannantrieb 120, beispielsweise in Form eines Elek­ tromotors oder dergleichen, vorgesehen, durch welchen das Widerlager­ element 114 in seiner Lage veränderbar ist. Zu diesem Zwecke weist der Vorspannantrieb beispielsweise wieder ein Schneckenrad 112, ein Ritzel oder dergleichen auf, das mit einer Verzahnung 124 an einem Lagerauge 126 des Widerlagerelements 114 kämmt. Durch Erregen des Vorspann­ antriebs 120 wird das Widerlagerelement 114 in seiner Schwenklage um die Drehachse A verändert, wobei dann bei gleichbleibender Positionierung des Antriebselements 102 aufgrund des vorhandenen Versatzes zwischen den Achsen A und B der Vorspannzustand der Unterstützungsfeder 108 verändert, welche hier sowohl die als Axialkraftfeder ausgebildete Schrau­ bendruckfeder 128 als auch die teleskopierbaren Elemente 116, 118 umfaßt. Bei Durchführung eines Vorspannvorgangs wird dann, wie auch in den Fig. 1 bis 3 erkennbar, die Unterstützungsfeder 108 über einen Totpunkt bewegt, in welchem der Bereich der Abstützung der Feder 108 am Widerlagerelement 114, die Schwenkachse B und die Schwenkachse A auf einer Linie liegen. Sobald die Unterstützungsfeder 108 über diese Lage hinaus verschwenkt ist, ist sie dazu fähig, bei einem erneuten Betätigungs­ vorgang eine Unterstützungskraft in einer Betätigungsrichtung vorzusehen, welcher einer vorangehenden Betätigungsrichtung entgegengesetzt ist.

Es sei noch darauf hingewiesen, daß bei der Darstellung der Fig. 5 nur die wesentlichen Komponenten gezeigt sind. Es ist selbstverständlich, daß das Stellglied 100 in einem nicht erkennbaren Stellgliedgehäuse angeordnet sein kann, das beispielsweise ein Achsbauteil zur schwenkbaren Lagerung des Widerlagerelements 114 und des Antriebselements 102 trägt und beispiels­ weise auch eine Führung für ein schematisch dargestelltes Abtriebselement 130 bereitstellt. An dem Gehäuse sind dann ferner der Stellgliedantrieb 104 sowie der Vorspannantrieb 120 getragen.

Die Fig. 6 zeigt eine alternative Ausgestaltungsart eines erfindungsgemäßen Stellglieds. Komponenten, welche vorangehend beschriebenen Kom­ ponenten hinsichtlich Aufbau und Funktion entsprechen, sind mit dem gleichen Bezugszeichen unter Hinzufügung eines Anhangs "a" bezeichnet. Das Stellglied 100a umfaßt wiederum ein Antriebselement 102a, das in bekannter Weise durch einen Stellgliedantrieb 104a zur Schwenkbewegung um eine Schwenkachse A bewegbar ist. Im Antriebselement 102a ist näherungsweise tangential zur Drehachse A eine Öffnung oder Vertiefung 132a vorgesehen, in welcher nunmehr die Unterstützungsfeder 108a liegt. Mit ihren Endbereichen 110a und 112a stützt sich die Unterstützungsfeder 108a jeweils an in Umfangsrichtung gelegenen Endbereichen der Vertiefung 132a ab. Das Widerlagerelement 114a ist hier im wesentlichen scheiben­ artig ausgebildet und ist durch den Vorspannantrieb 120a ebenfalls um die Achse A verschwenkbar und liegt vorzugsweise auf dem Antriebselement 102a auf. Der Vertiefung 132a zugeordnet weist das Widerlagerelement 114a eine komplementäre Vertiefung 134a auf, und in einem entspannten Zustand stützt sich die Unterstützungsfeder 108a mit ihren Endbereichen 110a und 112a ebenfalls an den in Umfangsrichtung gelegenen Endberei­ chen der Vertiefung 134a ab. Es sei darauf hingewiesen, daß in der Fig. 6 das Widerlagerelement 114 nur halb, also geschnitten dargestellt ist, um die Lage der Unterstützungsfeder 108 kenntlich zu machen. Es ist selbstver­ ständlich, daß die Unterstützungsfeder 108 vollständig in der Vertiefung 134a aufgenommen ist.

Wird ausgehend von dem in Fig. 6 dargestellten Zustand durch den Vorspannantrieb 100a das Widerlagerelement 114a verschwenkt, so bewegt sich die Vertiefung 134a bezüglich der Vertiefung 132a, mit der Folge, daß die Unterstützungsfeder 108a zwischen einem der Endbereiche der Vertiefung 132a und dem entgegengesetzten der Endbereiche der Vertiefung 134a komprimiert gehalten wird. Das Funktionsprinzip entspricht demjenigen eines Torsionsschwingungsdämpfers, wie er beispielsweise im Bereich einer Kupplungsscheibe vorgesehen ist. Wird nachfolgend dann der Stellgliedantrieb 104a erregt, so kann nunmehr die Unterstützungsfeder 108a sich aus dem dargestellten Zustand heraus entspannen, da bei dieser Durchführung eines Betätigungsvorgangs das Widerlagerelement 114 im wesentlichen festgehalten wird. Es läßt sich somit ebenfalls eine Betäti­ gungscharakteristik erhalten, wie sie vorangehend mit Bezug auf die Fig. 1 bis 5 beschrieben worden ist. Das Umschalten von einer Betätigungs­ richtung in eine andere unterjeweiliger Erzeugung einer Unterstützungskraft kann dadurch erreicht werden, daß das Widerlagerelement 114a durch den Vorspannantrieb 120a in entsprechende Richtung bezüglich des Antriebs­ elements 102a verschwenkt wird.

Bei dieser Ausgestaltungsform kann es vorteilhaft sein, an beiden axialen Seiten des Antriebselements 102a jeweils ein derartiges Deckscheiben­ element oder Widerlagerelement 114a vorzusehen und die Vertiefung 132a im Antriebselement 102a durchgehend auszubilden, so daß hier in Achsrichtung eine symmetrische Beaufschlagung der Unterstützungsfeder 108a an den beiden dann miteinander drehfest zu verbindenden Deck­ scheibenelementen oder Widerlagerelementen einerseits und dem Antriebs­ element 102a andererseits erfolgen kann, wie dies beispielsweise auch bei bekannten Torsionsschwingungsdämpfern der Fall ist.

Es sei darauf hingewiesen, daß bei den vorangehend beschriebenen Ausgestaltungsformen und auch bei der nachfolgend noch zu beschreiben­ den Ausgestaltungsform es ebenso möglich ist, während des Betätigungs­ vorgangs ebenso den Vorspannantrieb zu erregen, um hier eine Art Nachführung bereitzustellen, so daß der Betätigungsvorgang auch unter Zusammenwirkung des Stellgliedantriebs und des Vorspannantriebs erfolgen kann. Darüber hinaus ist es möglich, einen mechanischen Umschaltmecha­ nismus vorzusehen, welcher dazu in der Lage ist, die Kraftausgabe des Stellgliedantriebs einmal in Richtung zum Antriebselement zu leiten und ein andermal in Richtung Widerlagerelement zu leiten, so daß in einer Vor­ bereitungsphase durch den Stellgliedantrieb der Vorspannzustand geändert werden kann und in einer Betätigungsphase unter Ausnutzung des zuvor erzeugten Vorspannzustands durch den Stellgliedantrieb der Betätigungsvor­ gang ausgeführt wird. Es reicht dann ein einziger Antrieb zur Durchführung der vorangehend beschriebenen Funktionen; es ist lediglich eine Schalt­ anordnung, die beispielsweise elektromagnetisch und mit geringer Kraft betätigt werden kann, erforderlich, um die jeweiligen Kraftabgabewege zu schalten. Dabei ist jedoch darauf zu achten, daß die ansonsten durch den Stellgliedantrieb erzeugte Selbsthemmung des Antriebselements beibehalten bleibt oder in anderer Weise erfüllt wird, so daß der vermittels des Stellgliedantriebs herbeigeführte Vorspannzustand nicht zu einer ungewoll­ ten Betätigung oder Bewegung des Antriebselements führt.

Eine weitere Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen Stellglieds ist in Fig. 7 dargestellt. Komponenten, welche vorangehend beschriebenen Komponenten hinsichtlich Aufbau beziehungsweise Funktion entsprechen, sind mit dem gleichen Bezugszeichen unter Hinzufügung eines Anhangs "b" bezeichnet.

Bei der in der Fig. 7 dargestellten Ausgestaltungsform ist die Unterstüt­ zungsfeder 108b als Torsionsfeder ausgebildet. Das heißt, die dort als Schraubenfeder dargestellte Feder 108b wird zur Erzeugung des Vorspann­ zustands auf Torsion bezüglich der Längsachse beansprucht. Dazu ist die Unterstützungsfeder 108b derart angeordnet, daß sie mit ihrer Längsachse oder Längsrichtung L näherungsweise mit der Drehachse A übereinstimmt. In ihrem ersten Endbereich 110b greift die Unterstützungsfeder 108b am Antriebselement 102b an, und mit ihrem zweiten Endbereich 112b greift sie an einem hier scheibenartig ausgebildeten Widerlagerelement 114b an, das durch den Vorspannantrieb 120b ebenfalls um die Drehachse A drehbar ist. Durch Erregen des Vorspannantriebs 120b und dadurch induziertes Drehen des Widerlagerelements 114b wird bei festgehaltenem Antriebselement 102b die Unterstützungsfeder 108b verwunden, so daß auch ihr Vorspann­ zustand verändert wird. Auch auf diese Art und Weise läßt sich in einfacher Weise eine Änderung des Vorspannzustands herbeiführen, wobei hier von Vorteil ist, daß die zur Herbeiführung des Vorspannzustands zu bewegenden Massen sehr gering sind, so daß dieser Vorgang sehr schnell vorgenommen werden kann. Es sei darauf verwiesen, daß hier verschiedenste Torsions­ kraftelemente, beispielsweise auch ein Torsionsstab oder dergleichen, eingesetzt werden können. Ansonsten läßt sich auch mit dieser Ausgestal­ tungsform der vorangehend beschriebene Ablauf bei Durchführung eines Betätigungsvorgangs beziehungsweise bei der Vorbereitung eines derartigen Vorgangs erhalten.

Es sei noch darauf verwiesen, daß bei Ausgestaltungsformen, bei welchen Axialkraftfederanordnungen eingesetzt werden, ebenso Gasdruckfedern oder Massivblockfedern, beispielsweise bestehend aus massiven Gummiblöcken oder dergleichen, eingesetzt werden können. Auch ist der Einsatz von auf Zug beanspruchbaren Federn möglich, wobei dann entsprechende Auf­ hängungen an den beiden Endbereichen bereitgestellt sein müssen.

Claims (13)

1. Stellglied, insbesondere für ein automatisiertes Getriebe, umfassend:

• - einen Stellgliedantrieb (104; 104a; 104b) zur Erzeugung einer Betätigungskraft für ein zu betätigendes Organ,
• - eine Unterstützungs-Federkrafterzeugungseinheit (108; 108a; 108b) zur Erzeugung einer den Stellgliedantrieb (104; 104a; 104b) bei Betätigung des zu betätigenden Organs unter­ stützenden Unterstützungskraft, gekennzeichnet durch eine Vorspannanordnung (114, 120; 114a, 120a; 114b, 120b) zum Ändern des Vorspannzustands der Unterstützungs-Federkraft­ erzeugungseinheit (108; 108a; 108b) vor Erzeugung der Betätigungs­ kraft durch den Stellgliedantrieb (104; 104a; 104b).

2. Stellglied nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Antriebs­ element (102; 102a; 102b), welches durch den Stellgliedantrieb (104; 104a; 104b) bewegbar ist und gegebenenfalls über ein Abtriebselement mit dem zu betätigenden Organ gekoppelt oder koppelbar ist, und dadurch, daß die Unterstützungs-Federkraft­ erzeugungseinheit (108; 108a; 108b) bei Erzeugung der Unterstüt­ zungskraft am Antriebselement (102; 102a; 102b) angreift.

3. Stellglied nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebselement (102; 102a; 102b) durch den Stellgliedantrieb (104; 104a; 104b) im wesentlichen im Bereich zwischen zwei Endlagenbe­ reichen bewegbar ist und daß die Unterstützungs-Federkrafterzeu­ gungseinheit (108; 108a; 108b) durch die Vorspanneinheit (114, 120; 114a, 120a; 114b, 120b) zumindest jedem Endlagenbereich des Antriebselements zugeordnet in eine jeweilige Vorspannlage bring bar ist, in welcher die Unterstützungs-Federkrafterzeugungseinheit (108; 108a; 108b) eine Unterstützungskraft zur Bewegung des Antriebs­ elements (102; 102a; 102b) aus der jeweiligen Lage heraus erzeugen kann.

4. Stellglied nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterstützungs-Federkrafterzeugungseinheit (108; 108a; 108b) zumindest in einem Unterstützungskrafterzeugungs-Vorbereitungs­ zustand mit einem ersten Endbereich (110; 110a; 110b) an dem Antriebselement (102; 102a; 102b) oder einer mit diesem ver­ bundenen Komponente angreift und mit einem zweiten Endbereich (112; 112a; 112b) an einer bei Durchführung von Betätigungsvor­ gängen vorzugsweise im wesentlichen feststehenden Komponente (114; 114a; 114b) abgestützt ist und daß zur Änderung der Vor­ spannung zumindest ein Endbereich (112; 112a; 112b) der Unter­ stützungs-Federkrafterzeugungseinheit (108; 108a; 108b), vorzugs­ weise der zweite Endbereich (112; 112a; 112b), bewegbar ist.

5. Stellglied nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterstützungs-Federkrafterzeugungseinheit (108) eine Axialkraftfe­ der (108), vorzugsweise Schraubendruckfeder oder dergleichen umfaßt, welche zum Ändern der Vorspannung verschwenkbar ist.

6. Stellglied nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterstützungs-Federkrafterzeugungseinheit (108a) eine Axial­ kraftfeder (108a), vorzugsweise Schraubendruckfeder (108a) oder dergleichen, mit einer Federlängsachse (L) umfaßt und daß zum Ändern der Vorspannung der zweite Endbereich (112a) im wesentli­ chen in Richtung der Federlängsachse (L) auf den ersten Endbereich (110a) zu verlagerbar ist oder umgekehrt.

7. Stellglied nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der jeweilige Endbereich (112; 112a) beziehungsweise die Axialkraftfe­ dern (108; 108a) im wesentlichen in einer Bewegungsebene, in welcher das Antriebselement (102; 102a) durch den Stellantrieb (104; 104a) verlagerbar ist, oder einer dazu im wesentlichen parallelen Ebene bewegbar ist.

8. Stellglied nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterstützungs-Federkrafterzeugungseinheit (108b) eine Dreh­ kraftfeder (108b), vorzugsweise Torsionsfeder (108b), Spiralfeder oder dergleichen, mit einer Federlängsachse (L) umfaßt und daß der zweite Endbereich (112b) zum Ändern der Vorspannung bezüglich des ersten Endbereichs (110b) um die Federlängsachse (L) drehbar oder bewegbar ist.

9. Stellglied nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Antriebselement (102; 102a; 102b) durch den Stellgliedantrieb (104; 104a; 104b) um eine Drehachse (A) ver­ schwenkbar ist und daß die Unterstützungs-Federkrafterzeugungs­ einheit (108; 108a; 108b) mit ihrem ersten Endbereich (110; 110a; 110b) am Antriebselement (102; 102a; 102b) bezüglich der Dreh­ achse (A) exzentrisch angreift.

10. Stellglied nach Anspruch 9 und Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspanneinheit (114, 120) ein durch einen Vorspannantrieb (120) um eine zum Angriffsbereich (B) des ersten Endbereichs (110) am Antriebselement (102) exzentrische Achse (A), vorzugsweise der Drehachse (A) des Antriebselements, verschwenkbares Widerlager­ element (114) umfaßt, an welchem der zweite Endbereich (112) abgestützt ist.

11. Stellglied nach Anspruch 9 und Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspanneinheit (114a, 120a) wenigstens ein durch einen Vorspannantrieb (120a) um die Drehachse (A) verschwenkbares Deckscheibenelement (114a), umfaßt, wobei das Antriebselement (102a) und das wenigstens eine Deckscheibenelement (114a) jeweils wenigstens eine Federausnehmung (132a, 134a) zum Abstützen einer Axialkraftfeder (108a), vorzugsweise Schraubendruckfeder (108a) oder dergleichen, mit ihren beiden Endbereichen (110a, 112a) aufweisen.

12. Verfahren zum Erzeugen einer Betätigungskraft durch ein Stellglied, insbesondere ein Stellglied nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt:

• a) in einer Phase, in welcher durch das Stellglied (100; 100a; 100b) keine Betätigungskraft zu erzeugen ist, Bringen einer Unterstützungs-Federkrafterzeugungseinheit (108; 108a; 108b) in einen Vorspannzustand,
• b) in einer Phase, in welcher eine Betätigungskraft zu erzeugen ist, Antreiben eines Stellgliedantriebs (104; 104a; 104b) zur Erzeugung einer Grund-Betätigungskraft und - durch Ent­ spannen der Unterstützungs-Federkrafterzeugungseinheit (108; 108a; 108b) aus ihrem vorgespannten Zustand - Erzeugen einer den Stellgliedantrieb (104; 104a; 104b) unterstützenden Unterstützungskraft.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Betätigungskraft ein Organ eines automatisierten Getriebes zu betätigen ist und daß der Schritt a) durchgeführt wird, nachdem erfaßt worden ist, daß in dem Getriebe ein Schaltvorgang durch­ zuführen ist und bevor eine dem Getriebe zugeordnete Kupplung eine zum Durchführen des Schaltvorgangs erforderliche Ausrücklage erreicht hat.