DE19904022B4

DE19904022B4 - Kraftfahrzeug mit einer Vorrichtung zur automatisierten Getriebebetätigung

Info

Publication number: DE19904022B4
Application number: DE19904022.2A
Authority: DE
Inventors: Andreas Rogg; Werner Dilger
Original assignee: Robert Bosch GmbH; Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Robert Bosch GmbH; Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 1998-02-03
Filing date: 1999-02-02
Publication date: 2017-03-02
Anticipated expiration: 2019-02-03
Also published as: KR100652282B1; FR2774447A1; KR19990072355A; IT1307662B1; FR2774447B1; GB9902231D0; DE19904022A1; ITMI990194A1; GB2338272A; BR9900521A; GB2338272B

Abstract

Kraftfahrzeug mit einem Antriebsmotor (1), einem Getriebe (3) und einem Drehmomentübertragungssystem (2), wie Kupplung, mit einer Vorrichtung zur automatisierten Betätigung des Getriebes (3) mit einer Steuereinheit (7) und zumindest einem von der Steuereinheit (7) ansteuerbaren Aktor (8) zum automatisierten Schalten/Wählen einer Getriebeübersetzung des Getriebes (3), die Steuereinheit (7) steht mit zumindest einem Sensor (24) in Signalverbindung, der Aktor (8) weist einen ersten Antrieb (201) zur Betätigung eines Getriebeelementes (216) zum Schalten einer Getriebeübersetzung und einen zweiten Antrieb (202) zur Betätigung eines Getriebeelementes (215) zum Wählen einer Getriebeübersetzung auf, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Antrieb (201) über ein erstes Getriebe, wie Schneckengetriebe (203, 205) mit nachgeordnetem Stirnradgetriebe (212, 213), ein Getriebeelement (216) des Getriebes (3) zum Schalten der Getriebeübersetzung betätigt und der zweite Antrieb (202) über ein zweites Getriebe, wie Schneckengetriebe (204, 204a), ein Getriebeelement (215) des Getriebes (3) zum Wählen der Getriebeübersetzung betätigt, wobei dem Schneckengetriebe (204, 204a) ein Stirnrad (206a, 302) nachgeordnet ist, das eine Zahnstange (206b, 301) kämmt, wobei die Zahnstange (206b, 301) auf der axial beweglichen und verdrehbaren zentralen Schaltwelle (211) drehbar gelagert aufgenommen ist und sich die Verzahnungsköpfe (310) des Ritzels (302) im Zahngrund (311) der Verzahnung (321) der Zahnstange (301) abstützen, so daß eine Verdrehsicherung der Zahnstange (301) relativ zum Ritzel (302) erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Antriebsmotor, einem Getriebe und einem Drehmomentübertragungssystem, mit einer Vorrichtung zur automatisierten Betätigung des Getriebes mit einer Steuereinheit und zumindest einem von der Steuereinheit ansteuerbaren Aktor zum Schalten/Wählen einer Getriebeübersetzung, die Steuereinheit steht mit zumindest einem Sensor und gegebenenfalls mit anderen Elektronikeinheiten in Signalverbindung, der Aktor weist einen ersten Antrieb zur Betätigung eines Getriebeelementes zum Wählen einer Getriebeübersetzung und einen zweiten Antrieb zur Betätigung eines Getriebeelementes zum Schalten einer Getriebeübersetzung auf.
Fahrzeuge mit automatisierten Schaltgetrieben sind beispielsweise mit hydraulischen Aktoren bekannt. Die hydraulische Betätigung der getriebeinternen Schaltelemente erweist sich jedoch als sehr umfangreich und kostenintensiv. Beispielsweise werden für die hydraulischen Aktoren umfangreiche Elemente, wie Druckspeicher, Ventile und so weiter benötigt.
Aus der nachveröffentlichten Patentschrift DE 197 340 23 A1 ist ein Aktor mit einer mechanischen Übertragungsstrecke bekannt, welche zumindest auch Elemente wie Schneckenbetriebe und Stirnräder zum Schalten und Wählen umfassen kann.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kraftfahrzeug mit einem automatisierten Schaltgetriebe zu schaffen, das einen reduzierten Teileumfang aufweist, kostengünstiger ist und zumindest in Bezug auf den Komfort, wie Schaltkomfort, eine Verbesserung erbringt. Weiterhin war es die Aufgabe, ein einfaches System zu schaffen, das einfach montiert werden kann und in Bezug auf den nötigen Bauraum klein ist. Ebenfalls soll eine Vorrichtung geschaffen werden, die eine erhöhte Betriebssicherheit aufweist und Verklemmungen einzelner Bauteile verhindert.
Dies wird bei erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugen mit oben genannten Vorrichtungen dadurch erreicht, daß der erste Antrieb über ein erstes Getriebe, wie Schneckengetriebe mit nachgeordnetem Stirnradgetriebe, ein Element des Getriebes zum Schalten der Getriebeübersetzung betätigt und der zweite Antrieb über ein zweites Getriebe, wie Schneckengetriebe, ein Element des Getriebes zum Wählen der Getriebeübersetzung betätigt, wobei dem Schneckengetriebe ein Stirnrad nachgeordnet ist, das eine Zahnstange kämmt, wobei die Zahnstange auf einer axial beweglichen und verdrehbaren Welle drehbar gelagert aufgenommen ist und sich die Verzahnungsköpfe des Ritzels im Zahngrund der Verzahnung der Zahnstange abstützt, so daß eine Verdrehsicherung der Zahnstange relativ zum Ritzel erfolgt.
Dies wird bei erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugen mit oben genannten Vorrichtungen nach einem weiteren erfindungsgemäßen Gedanken auch dadurch erreicht, daß der erste Antrieb über ein erstes Getriebe, wie Schneckengetriebe mit nachgeordnetem Stirnradgetriebe, ein Element des Getriebes zum Schalten der Getriebeübersetzung betätigt und der zweite Antrieb über ein zweites Getriebe, wie Schneckengetriebe, ein Element des Getriebes zum Wählen der Getriebeübersetzung betätigt, wobei dem Schneckengetriebe ein Stirnrad nachgeordnet ist, das eine Zahnstange kämmt, wobei die Zahnstange auf einer axial beweglichen und verdrehbaren Welle drehbar gelagert aufgenommen ist und sich die Verzahnungsköpfe der Zahnstange im Zahngrund des Ritzels abstützt, so daß eine Verdrehsicherung der Zahnstange relativ zum Ritzel erfolgt.
Zweckmäßig ist es auch, wenn die Abstützung der Verzahnungsköpfe der Zahnstange im Zahngrund des Ritzels und der Verzahnungsköpfe des Ritzels im Zahngrund der Zahnstange erfolgt.
Ebenso ist es vorteilhaft, wenn die Abstützung über die gesamte Breite der Zahnstange erfolgt.
Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn die Abstützung an den Randbereichen der Verzahnung von Ritzel und/oder von der Zahnstange erfolgt.
Die Erfindung sei anhand der Figuren näher erläutert. Dabei zeigt:
1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeuges,
2 eine erfindungsgemäße Betätigungsvorrichtung,
3 ein Hubgetriebe,
4 einen Ausschnitt der Verzahnung,
5 einen Schnitt durch die Zahnstange,
6 einen Schnitt durch Ritzel und Zahnstange und
7 einen Schnitt durch Ritzel und Zahnstange.
Die 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeuges mit einem Antriebsmotor 1, wie Verbrennungskraftmaschine, mit einem Drehmomentübertragungssystem 2 und einem Getriebe 3 im Antriebsstrang. Weiterhin ist ein Differential 4, sind Abtriebswellen 5 und von den Abtriebswellen angetriebene Räder 6 dargestellt. An den Rädern können nicht dargestellte Drehzahlsensoren angeordnet sein, welche die Drehzahlen der Räder detektieren. Die Drehzahlsensoren können auch zu anderen Elektronikeinheiten funktional zugehören, wie beispielsweise einem Antiblockiersystem (ABS). Aus zumindest einer Raddrehzahl kann mittels einer Steuereinheit 7 zumindest eine Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder eine Getriebedrehzahl bestimmt werden.
Die Antriebseinheit 1, kann auch als Hybridantrieb mit beispielsweise einem Elektromotor, einem Schwungrad mit Freilauf und einer Verbrennungskraftmaschine ausgestaltet sein.
Das Drehmomentübertragungssystem 2 ist als Reibungskupplung ausgestaltet, wobei das Drehmomentübertragungssystem auch beispielsweise als Magnetpulverkupplung, Lamellenkupplung oder Drehmomentwandler mit Wandlerüberbrückungskupplung oder einer anderen Kupplung ausgestaltet sein kann. Die Reibungskupplung kann auch als eine einen Verschleiß nachstellende selbsteinstellende Kupplung ausgebildet sein.
Die Vorrichtung zur automatisierten Betätigung eines Getriebes 3 umfaßt eine Steuereinheit 7 und einen von der Steuereinheit 7 ansteuerbaren Aktor 8. Ebenso kann die Steuereinheit 7 einen Aktor 11 ansteuern, zur automatisierten Betätigung des Drehmomentübertragungssystems 2. In der 1 ist eine Steuereinheit 7 und einen schematisch dargestellten Aktor 8 zu erkennen. Die Steuereinheit 7 kann als integrierte Steuereinheit ausgebildet sein, welche die Steuerung oder Regelung beispielsweise des Drehmomentübertragungssystems 2 und des Getriebes 3 durchführt. Weiterhin kann auch eine Motorelektronik in der Steuereinheit 7 integriert sein. Ebenso kann die Ansteuerung des Drehmomentübertragungssystems 2 und des Getriebes 3, respektive der Aktoren 8, 11 zur Betätigung des Drehmomentübertragungssystems 2 und des Getriebes 3 von unterschiedlichen Steuereinheiten 7 durchgeführt werden.
Ebenso ist es möglich, daß die Steuereinheiten 7 von Drehmomentübertragungssystem 2, Getriebe 7 und/oder Motorsteuerung getrennt angeordnet sind und über Daten- und/oder Signalleitungen miteinander kommunizieren.
Weiterhin stehen die Steuereinheiten 7 oder Elektronikeinheiten mit Sensoren 24 in Signalverbindung, die der Steuereinheit 7 oder den Steuereinheiten 7 die Betriebsparameter des aktuellen Betriebspunktes übermitteln.
Ebenso ist es möglich, daß die Steuereinheit 7 alle benötigten Informationen über Datenleitungen 15, 22, 25 oder einen Datenbus erhält.
Die Steuereinheit 7 ist mit einer Computereinheit ausgestattet um die eingehenden Signale und Systemgrößen empfangen, verarbeiten, abspeichern, abrufen und weiterleiten zu können. Weiterhin generiert die Steuereinheit 7 Steuergrößen und/oder Signale zur Ansteuerung von Aktoren 8, 11 zur Betätigung, sowie zur Weiterleitung an andere Elektronikeinheiten.
Das Drehmomentübertragungssystem 2 ist auf ein Schwungrad 2a montiert oder mit diesem verbunden. Das Schwungrad 2a kann als einteiliges Schwungrad oder als geteiltes Schwungrad mit Primärmasse und Sekundärmasse ausgestaltet sein, wobei zwischen den Einzelschwungmassen, wie beispielsweise zwischen der Primärmasse und der Sekundärmasse, eine Torsionsschwingungsdämpfungseinrichtung angeordnet ist. Weiterhin kann ein Anlasserzahnkranz 2b an dem Schwungrad 2a angeordnet sein. Die Kupplung 2 weist eine Kupplungsscheibe 2c mit Reibbelägen und eine Druckplatte 2d sowie ein Kupplungsdeckel 2e und eine Tellerfeder 2f auf. Die selbsteinstellende Kupplung 2 weist zusätzlich noch Mittel auf, welche eine Verstellung und ein Verschleißnachstellung erlauben, wobei ein Sensor, wie Kraft- oder Wegsensor vorhanden ist, welcher eine Situation detektiert, in welcher eine Nachstellung aufgrund beispielsweise von Verschleiß notwendig ist und bei einer Detektion auch selbsttätig durchgeführt wird.
Das Drehmomentübertragungssystem 2 wird mittels eines Ausrückers 9 beispielsweise mit einem Ausrücklager 10 betätigt. Die Steuereinheit 7 steuert den Aktor 11 an, welcher die Betätigung der Kupplung 2 durchführt. Die Betätigung des Ausrückers 9 kann elektromotorisch, elektrohydraulisch, wie beispielsweise druckmittelbetätigt, wie hydraulisch oder mittels eines anderen Betätigungsmechanismus erfolgen. Der Ausrücker 9 mit Ausrücklager 10 kann als Zentralausrücker ausgebildet sein, der koaxial zur Getriebeeingangswelle angeordnet ist und mittels Beaufschlagung beispielsweise der Tellerfederzungen der Kupplung 2 die Kupplung 2 ein- und ausgerückt. Der Ausrücker 9 kann aber auch als mechanischer Ausrücker ausgestaltet sein, welcher ein Ausrücklager 10 oder ein vergleichbares Element betätigt, beaufschlagt oder bedient.
Der Aktor 8 betätigt insbesondere mit seinem zumindest einen Ausgangs- oder Betätigungselement oder mit mehreren Ausgangs- oder Betätigungselementen das Getriebe 3 zum Schalten und/oder Wählen. Die Ansteuerung der Schalt und/oder Wählbetätigung hängt von der Bauart des Getriebes 3 ab.
Es sind insbesondere Getriebe 3 mit einer zentralen Schaltwelle 211 zu betrachten, bei welchen ein Schalt- oder Wählvorgang durch eine axiale Betätigung oder eine Betätigung in Umfangsrichtung der zentralen Schaltwelle 211, respektive umgekehrt erfolgt. Ein Aktor 8 betätigt beispielsweise mit einem Betätigungselement die axiale Betätigung der zentralen Schaltwelle 11 und mit einem anderen Betätigungselement die Betätigung der Welle 11 in Umfangsrichtung. Dabei kann die Schaltbewegung in Umfangsrichtung erfolgen und die Wählbetätigung in axialer Richtung oder umgekehrt.
Weiterhin sind Getriebe 3 mit zwei Wellen zu betrachten, bei welchen jeweils eine Welle zum Schalten und einer Welle zum Wählen der Getriebeübersetzung vorhanden sind, wobei beide Wellen in Umfangsrichtung betätigt werden um einen Schaltvorgang oder einen Wählvorgang durchzuführen.
Ebenso sind Getriebe 3 mit Schaltstangen zu betrachten, bei welchen die Schaltstangen in axialer Richtung betätigt werden um mit einem Schaltvorgang eine Getriebeübersetzung zu schalten, wobei ein Wählvorgang durch die Auswahl der betätigten Schaltstange erfolgt.
Die Wellen 211 oder Schaltstangen stellen getriebeinterne Schaltelemente dar oder die Wellen 211 betätigen solche innerhalb des Getriebes bei einer Betätigung. Der Aktor 8 betätigt direkt oder indirekt getriebeinterne Schaltelemente zum Einlegen, Herausnehmen oder Wechseln von Gangstufen oder Übersetzungsstufen, wie eine zentrale Schaltwelle 11, Wellen oder Schaltstangen oder andere Schaltelemente.
Die Steuereinheit 7 ist über die Signalverbindung 12 mit dem Aktor 8 verbunden, so daß Steuersignale und/oder Sensorsignale oder Betriebszustandssignale ausgetauscht, weitergeleitet oder abgefragt werden können. Weiterhin stehen die Signalverbindung 13 und 14 zur Verfügung, über welche die Steuereinheit 7 mit weiteren Sensoren oder Elektronikeinheiten zumindest zeitweise in Signalverbindung stehen. Solche anderen Elektronikeinheiten können beispielsweise die Motorelektronik, eine Antiblockiersystemelektronik oder eine Antischlupfregelungselektronik sein. Weitere Sensoren können Sensoren sein, die allgemein den Betriebszustand des Fahrzeuges charakterisieren oder detektieren, wie zum Beispiel Drehzahlsensoren des Motors oder von Rädern, Drosselklappenstellungssensoren, Gaspedalstellungssensoren oder andere Sensoren. Die Signalverbindung 15 stellt eine Verbindung zu einem Datenbus her, wie beispielsweise CAN-Bus, über welchen Systemdaten des Fahrzeuges oder anderer Elektronikeinheiten zur Verfügung gestellt werden können, da die Elektronikeinheiten in der Regel durch Computereinheiten miteinander vernetzt sind.
Ein automatisiertes Getriebe 3 kann derart geschaltet werden oder einen Gangwechsel erfahren, daß dies von dem Fahrer des Fahrzeuges initiiert wird, in dem er mittels beispielsweise eines Schalters, eines Tasters oder einer anderen Getriebewahleinrichtung 40 ein Signal zum herauf- oder herunterschalten gibt. Weiterhin könnte auch ein Signal zur Wahl des nächsten einzulegenden Ganges gegeben werden. Entsprechend kann auch mittels eines elektronischen Schalthebels ein Signal zur Verfügung gestellt werden, in welchen Gang das Getriebe 3 schalten soll.
In einem anderen Getriebeprogramm kann eine automatisierte Betätigung des Getriebes 3 gewählt werden, so daß die Wahl des aktuellen Ganges in Abhängigkeit von den Betriebsparametern durchgeführt wird und gegebenenfalls ein Schaltvorgang automatisiert eingeleitet wird. Ein automatisiertes Getriebe 3 kann aber auch mittels beispielsweise Kennwerten, Kennlinien oder Kennfeldern und auf der Basis von Sensorsignalen bei gewissen vorbestimmten Punkten einen Gangwechsel selbständig durchführen, ohne daß der Fahrer einen Gangwechsel veranlassen muß.
Weiterhin kann beispielsweise eine Neutralposition N eingestellt werden, in welcher keine Antriebsverbindung zwischen Getriebeeingang und Getriebeausgang vorliegt. Weiterhin kann eine Parkstellung P gewählt werden, in welcher eine Parksperre realisiert wird. Diese Parkstellung kann auch automatisch gewählt werden, wenn beispielsweise der Zündschlüssel 51 aus dem Zündschloß abgezogen wird und der Betriebszustand des Fahrzeuges dies erlaubt. Beispielsweise sei ein Abziehen des Zündschlüssels bei hohen Geschwindigkeiten genannt, wobei in dieser Situation eine Parksperre nicht automatisiert eingelegt werden sollte.
Die Getriebewahleinheit 40 kann somit auf einen Bereich M, wie manuelle fahrerseitige Gangwahl, einen Bereich D, wie automatische Gangwahl zum Fahrbetrieb, einen Bereich P, wie Parksperre, und/oder einen Bereich N, wie Neutralstellung, eingestellt werden. Weiterhin kann über beispielsweise Schalter oder einen Hebel ein manuelles Schalten eingeleitet werden.
Das Fahrzeug ist vorzugsweise mit einem elektronischen Gaspedal 23 oder Lasthebel ausgestattet, wobei das Gaspedal 23 einen Sensor 24 ansteuert, mittels welchem die Motorelektronik 20 beispielsweise die Kraftstoffzufuhr, Zündzeitpunkt, Einspritzzeit oder die Drosselklappenstellung über die Signalleitung 21 des Motors 1 steuert oder regelt. Das elektronische Gaspedal 23 mit Sensor 24 ist über die Signalleitung 25 mit der Motorelektronik 20 signalverbunden. Die Motorelektronik 20 ist über die Signalleitung 22 mit der Steuereinheit 7 in Signalverbindung. Weiterhin kann auch eine Getriebesteuerelektronik 30 in Signalverbindung mit den Einheiten 7 und 20 stehen. Eine elektromotorische Drosselklappensteuerung ist hierfür zweckmäßig, wobei die Position der Drosselklappe mittels der Motorelektronik angesteuert wird. Bei solchen Systemen ist eine direkte mechanische Verbindung zum Gaspedal 23 nicht mehr notwendig oder zweckmäßig.
Das Fahrzeug verfügt weiterhin über eine Motorstarteinrichtung 50, welche ausgehend von einem fahrerseitigen Motorstartversuch mittels beispielsweise einer Betätigung des Zündschlüssels 51 im Zündschloß eine Motorelektronik und einen Anlasser ansteuert zum Starten und/oder Anlassen des Motors.
Die 2 zeigt erfindungsgemäße Betätigungsvorrichtungen zur automatisierten Betätigung eines Getriebes 3 zur Betätigung der Schalt- und Wählbewegung einer zentralen Schaltwelle 211 eines Getriebes 3, wobei für jede Betätigung, wie Drehen und axial Verschieben der Welle, ein Elektromotor 201, 22 vorgesehen ist.
Die Vorrichtung 200 weist einen Elektromotor 201 auf, der abtriebsseitig eine Schnecke 203 eines Schneckengetriebes aufweist. Diese Schnecke 203 kämmt ein Schneckenzahnrad 205, das über eine Welle mit einem Zahnrad 212, wie Ritzel, verbunden ist. Dieses Ritzel kämmt die Verzahnung eines Segmentzahnrades 213. Mit dem Segmentzahnrad 213 ist ein Schaltfinger 215 drehfest und axial fest verbunden oder einstückig ausgebildet. Der Schaltfinger 215 greift in eines der Schaltgabelmäuler 216 ein. Unter Verdrehung des Fingers 215 wird eine Schaltgabel betätigt und ein Gang wird eingelegt. Dies wird durch die Betätigung mittels des Elektromotors 201 gesteuert. Der Motor 201 kann reversierend betätigt werden und den Finger 215 hin und her schwenken. Somit wird der eine oder andere Gang im Getriebe eingelegt.
Durch eine Verschiebung des Schaltfingers 215 längs der Achse der zentralen Schaltwelle 211 wird der Schaltfinger 215 in Eingriff in ein Schaltgabelmaul 216 gebracht und somit der einzulegende Gang oder die entsprechende Schaltgasse oder die entsprechende Ganggruppe des Schaltgetriebes ausgewählt. Durch eine Drehung des Schaltfingers 215 um die Achse der Zentralen Schaltwelle 211 wird die Verschiebung einer Schaltgabel 216 längs der zugehörigen Schaltstange 217 und somit die Getriebeschaltung bewirkt.
Zur Erzeugung der für die Getriebeschaltung erforderlichen Dreh- und Hubbewegung des Schaltfingers 215 wird ein Schaltmotor 201 und ein Wählmotor 202 verwendet und von einer Steuereinheit 7 angesteuert.
Der Schaltmotor 201 überträgt seine Drehbewegung über ein Schneckengetriebe mit Schnecke 203 und Schneckenzahnrad 205 mit einer zwischengeschalteten vorgespannten Elastizität, wie Kraftspeicher, und von dieser auf das Ritzel zum Schalten 212. Das Schneckenzahnrad 205, die Elastizität und das Ritzel zum Schalten 212, wie Segmentzahnrad, sind drehbar auf einer Steckachse 214 gelagert, die sich auf der einen Seite im Gehäuse des Schaltmotors 201, auf der anderen Seite im Aktorgehäuse 218 abstützt. Die Achse 214 kann auch beidseitig im Gehäuse 218 des Aktors oder Aktuators aufgenommen und gelagert sein.
Die Verbindung und Drehmomentübertragung des Schneckenrades 205 mit der Antriebsseite der Elastizität und die Verbindung der Abtriebsseite der Elastizität mit dem Ritzel zur Schaltung 212 erfolgt wie oben beschrieben. Mittels einer Stirnradverzahnung wird die Drehbewegung von dem Ritzel zur Schaltung 212 auf das Segmentzahnrad 213 übertragen, wobei das Segmentzahnrad 213 und der Schaltfinger 215 formschlüssig verbunden oder einstückig ausgebildet sein können. Ein weiterer Schaltfinger 215a kann mit dem Segmentzahnrad 213 oder dem Schaltfinger 215 formschlüssig verbunden sein oder einstückig mit dem Segmentzahnrad 213 oder dem Schaltfinger 215 ausgeführt sein.
Das Segmentzahnrad 213 zur Betätigung der Schaltung und die Schaltfinger 215 und 215a sind fest verbunden mit der zentralen Schaltwelle 211, die z. B. in mindestens einer im Aktorgehäuse 218 eingepreßten Gleitlagerbuchse geführt wird.
Der Wählmotor 202 überträgt seine Drehbewegung über ein Schneckengetriebe 204 auf das Ritzel 206a zur Betätigung der Wählbewegung. Das Schneckenrad 204 und das Ritzel 206a zum Wählen sind drehbar auf der Steckachse 207 gelagert, die sich auf der einen Seite im Gehäuse des Wählmotors 202, auf der anderen Seite im Aktorgehäuse 218 abstützt. Auf der zentralen Schaltwelle 211 ist die Zahnstange 206b zum Wählen drehbar gelagert, so daß die Zahnstange 206b nicht verdreht wird, wenn die zentrale Schaltwelle 211 sich um ihre Achse dreht. Die Verzahnungen 223 von Ritzel 206a und Zahnstange 206b werden zueinander parallel gehalten, indem sich die Verzahnungen 223 der Verzahnungspartner gegenseitig abstützen. Der Achsabstand wird so auf die ganze Breite des Verzahnungseingriffs konstant gehalten.
Die Zahnstange 206b zum Wählen weist Flächen senkrecht zur Drehachse der zentralen Schaltwelle 211 auf. Die zentrale Schaltwelle 211 selbst weist die entsprechenden Gegenflächen auf, so daß die Tangentialkraft der Ritzelverzahnung 223 über die Zahnstange 206b auf die zentrale Schaltwelle 211 übertragen wird. Die Verdrehung des Ritzels 206a zum Wählen bewirkt eine Verschiebung der Zahnstange 206b zum Wählen und der zentralen Schaltwelle 211 längs ihrer Achse. Dadurch wird das Segmentzahnrad 213 und die Schaltfinger 215 und 215a axial verschoben, so daß sie in unterschiedliche Schaltgabelmäuler 216 geschoben werden können.
Durch die begrenzte Länge der Zahnstange 206b zum Wählen und durch konstruktive Maßnahmen wie nur teilweise ausgeprägte Verzahnungslücken am Rand des Bauteils werden interne Anschläge geschaffen, die den Bewegungsbereich auf das Notwendige bzw. Zulässige begrenzen.
Die Drehachsen des Ritzels 206a zum Wählen und der zentralen Schaltwelle 211 stehen senkrecht aufeinander, so daß in dem zur Getriebeschaltung notwendigen Hub- und Drehbewegungsbereich der zentralen Schaltwelle 211 die Drehbewegung unabhängig von der Stellung des Ritzels 206a zum Wählen ausgeführt werden kann und umgekehrt.
Die Zahnstange 206b zum Wählen ist in einer spezielle Ausführungsform derart gestaltet, daß sie einen Schlitz 230 längs der Drehachse der zentralen Schaltwelle 211 aufweist. Der Schlitz 230 geht in eine Drehführung über, wobei die Drehführung geringfügig größeren Durchmesser hat als der Schlitz breit ist. Die zentrale Schaltwelle 211 weist einen Bereich auf, indem der Durchmesser stark verringert ist und mit der Drehführung der Zahnstange 206b zum Wählen korrespondiert. Die Drehführung kann auch bereichsweise, z. B. nur an den axialen Randbereichen oder Rändern der Zahnstange 206b zum Wählen ausgeführt sein. Die Zahnstange 206b zum Wählen wird mit dem Schlitz 230 auf die zentrale Schaltwelle 211 aufgesteckt. Durch das geringe Übermaß der zentralen Schaltwelle 211 gegenüber dem Schlitz 230 ergibt sich eine formschlüssige Verbindung, wie Schnappverbindung. Da das Ritzel 206a zum Wählen wegen der oben genannten internen Anschläge immer im Eingriff in die Zahnstange 206b zum Wählen ist und der Achsabstand durch die oben genannte Verzahnungsausführung sichergestellt wird, kann diese nicht von der zentralen Schaltwelle 211 heruntergedrückt werden.
Die Verzahnungen des Ritzels 212 zum Schalten und des Segmentzahnrades 213 sind derart ausgeführt, daß die Zahnflanken in Richtung der Drehachsen verlaufen. In dem zur Getriebeschaltung notwendigen Hub- und Drehbewegungsbereich der zentralen Schaltwelle 211 kann eine Bewegung des Segmentzahnrades 213 und damit fest verbundener Schaltfinger 215, 215a in axialer Richtung der zentralen Schaltwelle 211 unabhängig von dem Rotationswinkel des Segmentzahnrades 213 ausgeführt werden. Auch die Verzahnung von dem Ritzel 212 zum Schalten und dem Segmentzahnrad 213 können derart ausgeführt werden, daß die Zahnköpfe zumindest des einen Verzahnungspartners sich im Zahnfuß des anderen Verzahnungspartners abstützen, bevor die Zahnflanken der Ritzel- bzw. Segmentradkante aufeinander gepreßt werden. Erreicht wird dies durch eine besondere Ausführung des Zahnkopfes. Der Achsabstand wird so auf die ganze Breite des Verzahnungseingriffs und über den ganzen Verschiebebereich konstant gehalten.
Bei einer anderen Kinematik der zentralen Schaltwelle 211, bei der die Schaltbewegung eine Schiebe- und die Wählbewegung eine Drehbewegung ist, kann das gezeigte Konstruktionsprinzip verwendet werden, indem die Schaltbewegung zur Wählbewegung wird und umgekehrt.
Die zentrale Schaltwelle 211 weist an ihrem einen Endbereich einen Bereich mit einer Reduzierung des Durchmessers auf der von einem Abschlußknopf 304 abgeschlossen wird.
Dieser Bereich wird von der Aussparung 323 der Zahnstange 206b aufgenommen und drehbar aber axial fest gelagert. Dazu weist die Zahnstange 206b Wangen 235 an beiden Seiten des Schlitzes 230 auf, die ein Entweichen der Zahnstange 206b verhindern.
Erfindungsgemäß weist das Kraftfahrzeug mit einem Antriebsmotor 1, einem Getriebe 3 und einem Drehmomentübertragungssystem 2, wie Kupplung, eine Vorrichtung zur automatisierten Betätigung des Getriebes 3 auf, die mit einer Steuereinheit 7 und zumindest einem von der Steuereinheit 7 ansteuerbaren Aktor 8 zum automatisierten Schalten/Wählen einer Getriebeübersetzung des Getriebes 3 ausgerüstet ist. Die Steuereinheit 7 steht dabei mit zumindest einem Sensor 24 und gegebenenfalls mit anderen Elektronikeinheiten in Signalverbindung. Der Aktor 8 weist einen ersten Antrieb 201 zur Betätigung eines Getriebeelementes 216 zum Schalten einer Getriebeübersetzung und einen zweiten Antrieb 202 zur Betätigung eines Getriebeelementes 211 zum Wählen einer Getriebeübersetzung auf, wobei der erste Antrieb 201 über ein erstes Getriebe, wie Schneckengetriebe 203, 205 mit nachgeordnetem Stirnradgetriebe 212, 213, ein Element des Getriebes 216 oder der Vorrichtung 211 zum Schalten der Getriebeübersetzung betätigt und der zweite Antrieb 202 über ein zweites Getriebe, wie Schneckengetriebe 204, 204a, ein Element des Getriebes 215 oder der Vorrichtung 211 zum Wählen der Getriebeübersetzung betätigt, dem Schneckengetriebe 204, 204a ein Stirnrad 206a nachgeordnet ist, das eine Zahnstange 206b kämmt, wobei die Zahnstange 206b auf einer axial beweglichen und verdrehbaren Welle 211 drehbar gelagert aufgenommen ist. Zweckmäßig ist, wenn die Welle 211 mittels des zweiten Antriebs 202 über ein Schneckengetriebe 204, 204a und ein nachgeschaltetes Zahnrad 206a und die Zahnstange 206b axial hebbar und senkbar ist. Die Welle 211 ist mittels des ersten Antriebs 201 über eine Schnecke 203 und ein Schneckenzahnrad 205 und gegebenenfalls ein nachgeschaltetes Stirnradgetriebe 212, 213 verdrehbar. Dazu ist die Welle 211 zumindest einseitig im Gehäuse 218 der Vorrichtung 208 gelagert. Die Welle 211 ist mittels des ersten Antriebs 201 verdrehbar und mittels des zweiten Antriebs 202 in axialer Richtung hebbar und senkbar, wobei die Zahnstange 206b auf der Welle 211 axial fest aber verdrehbar aufgenommen ist und gegenüber dem die Zahnstange 206b kämmenden Zahnrad 206a nicht verdrehbar ist, selbst wenn die Welle 211 verdreht wird. Dies wird dadurch erreicht, daß sich Zahnstange 206b und Zahnrad 206a mittels Verzahnung 223 gegenseitig zentrieren. Die Zahnstange 206b weist eine Bohrung 323 oder einen Schlitz 230 in axialer Richtung auf, der einen im Durchmesser reduzierten Bereich der Welle 211 verdrehbar aber axial fest aufnimmt. Die Welle 211 weist einen im Durchmesser reduzierten Bereich auf, der die Zahnstange 206b verdrehbar trägt, wobei ein Endanschlag mit der Welle 211 verbunden ist, der die Zahnstange 206b axial sichert. Der Endanschlag ist vorteilhaft mit der Welle einstückig ausgebildet. In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Zahnstange 206b mit der Welle 211 formschlüssig verbunden. In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Zahnstange 260b mit der Welle 211 mittels Gewinde verschraubt.
Die Zahnstange 260b weist eine zentrale sich in axialer Richtung erstreckende Ausnehmung 323, wie Bohrung, und einen sich in axialer Richtung erstreckenden Schlitz 230 auf, wobei die Zahnstange 206b den Schlitz 230 begrenzende nachgiebige elastische Wangen 235 beiderseits des Schlitzes 230 aufweist.
Die Zahnstange 206b ist im wesentlichen hohlzylindrisch ausgebildet, wobei der Schlitz 230 der Zahnstange 206b in einem Wandungsbereich gegenüber der Verzahnung 321 angeordnet ist.
Vorteilhaft ist es, wenn die Zahnstange 206b und/oder das diese kämmende Zahnrad 206a aus Kunststoffmaterial hergestellt ist.
Die 3, sowie die 4 bis 7 zeigen einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, wie Betätigungsvorrichtung zum Betätigen eines Getriebes 3, wie zum Schalten und Wählen eines Ganges eines Getriebes 3. Die Vorrichtung weist ein Zahnstangenhubgetriebe mit einer Zahnstange 301 und einem diese Zahnstange 301 antreibendes Ritzel 302 auf. Durch die Verdrehung des Ritzels 302 wird die Zahnstange 301 axial verlagert oder gehoben, sie führt eine Hubbewegung aus. Die Zahnstange 301 ist dabei verdrehbar auf einer Schaltwelle 303 gelagert. Eine Drehung der Welle 303 bewirkt ein Schalten von Gängen in der ausgewählten Schaltgasse und ein Heben und Senken der Welle 303 bewirkt ein Wählen der Schaltgasse. Die Zahnstange 206b ist dabei zwischen einem Abschlußknopf 304 und der Welle 303 auf einer mit einer Durchmesserreduzierung versehenen Teil der Welle 303 verdrehbar aufgenommen. Das Zahnstangenhubgetriebe 300 als Wählantrieb oder Schaltantrieb eines Getriebestellvorrichtung kann auch zum Schalten verwendet werden, wenn die Betätigungsbewegungen der Welle 303 zum Schalten und Wählen bezüglich axialer Verstellung und Verdrehung vertauscht sind.
Die Zahnstange 301 ist auf der Welle 303 verdrehbar aber axial fest mit dieser Welle 303 angeordnet, so daß die Welle 303 eine Drehbewegung unabhängig von der Zahnstange 301 ausführen kann, die Hubbewegung der Welle 303 aber mittels der Zahnstange betätigt oder angetrieben wird.
Erfindungsgemäß wird die Zahnstange 301 bei einer Verdrehung der Welle 303 nicht verdreht. Dies wird dadurch erreicht, siehe 4, daß die Zahnköpfe 310 des Ritzels 302 sich im Zahngrund 311 der Zahnstange 301 abstützen, bevor die Flanken 312a, 312b der Verahnungen einander berühren und die Bewegung der beiden Verzahnungspartner 301, 302 verklemmen oder hindern. Dadurch wird erreicht, daß der Achsabstand zwischen Zahnstange 301 und Ritzel 302 auf die Gesamte Breite des Verzahnungseingriffes im wesentlichen konstant gehalten wird und somit ein Verklemmen der im Eingriff befindlichen Zahnflanken 312a, 312b der Verzahnungen verhindert wird. Erfindungsgemäß kann die Verdrehsicherung auch erreicht werden, wenn sich die Zahnköpfe der Zahnstange 301 in dem Zahngrund des Ritzels 302 abstützen und/oder eine wechselseitige Abstützung stattfindet.
Die 5 zeigt die Zahnstange 301 im Schnitt, wobei die Zahnstange 301 durch einen Grundbereich 320 gebildet ist, der die Verzahnung 321 trägt. Mit diesem Grundbereich 320 sind zwei Schenkel 322a, 322b verbunden, die eine Aufnahme 323 für den im Durchmesser reduzierten Bereich 303a der Welle 303 bilden.
Zur Abstützung der Zahnspitzen 310 des Ritzels 302 dienen die Flanken 330a, 330b, der Zahnstange 301, die bezüglich des Zahngrundes weiter nach außen stehen als der Zahngrund zwischen den Flanken.
Die 6 und 7 zeigen die Anordnung des Ritzels 302 und der Zahnstange 301 jeweils im Schnitt. Dabei wird das Ritzel 302 auf der Achse oder Welle 302a verdrehbar gelagert. Das Ritzel 302 kämmt mit seiner radial außen liegenden Verzahnung 302b die Verzahnung 301a der Zahnstange 301. Die Zahnstange 301 ist auf einem im Durchmesser reduzierten Bereich 303a der Welle 303 verdrehbar aufgenommen und wird über die Abstützung zwischen Ritzel 302 und Zahnstange 301 zentriert.

Claims

Kraftfahrzeug mit einem Antriebsmotor (1), einem Getriebe (3) und einem Drehmomentübertragungssystem (2), wie Kupplung, mit einer Vorrichtung zur automatisierten Betätigung des Getriebes (3) mit einer Steuereinheit (7) und zumindest einem von der Steuereinheit (7) ansteuerbaren Aktor (8) zum automatisierten Schalten/Wählen einer Getriebeübersetzung des Getriebes (3), die Steuereinheit (7) steht mit zumindest einem Sensor (24) in Signalverbindung, der Aktor (8) weist einen ersten Antrieb (201) zur Betätigung eines Getriebeelementes (216) zum Schalten einer Getriebeübersetzung und einen zweiten Antrieb (202) zur Betätigung eines Getriebeelementes (215) zum Wählen einer Getriebeübersetzung auf, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Antrieb (201) über ein erstes Getriebe, wie Schneckengetriebe (203, 205) mit nachgeordnetem Stirnradgetriebe (212, 213), ein Getriebeelement (216) des Getriebes (3) zum Schalten der Getriebeübersetzung betätigt und der zweite Antrieb (202) über ein zweites Getriebe, wie Schneckengetriebe (204, 204a), ein Getriebeelement (215) des Getriebes (3) zum Wählen der Getriebeübersetzung betätigt, wobei dem Schneckengetriebe (204, 204a) ein Stirnrad (206a, 302) nachgeordnet ist, das eine Zahnstange (206b, 301) kämmt, wobei die Zahnstange (206b, 301) auf der axial beweglichen und verdrehbaren zentralen Schaltwelle (211) drehbar gelagert aufgenommen ist und sich die Verzahnungsköpfe (310) des Ritzels (302) im Zahngrund (311) der Verzahnung (321) der Zahnstange (301) abstützen, so daß eine Verdrehsicherung der Zahnstange (301) relativ zum Ritzel (302) erfolgt.
Kraftfahrzeug mit einem Antriebsmotor (1), einem Getriebe (3) und einem Drehmomentübertragungssystem (2), wie Kupplung, mit einer Vorrichtung zur automatisierten Betätigung des Getriebes (3) mit einer Steuereinheit (7) und zumindest einem von der Steuereinheit (7) ansteuerbaren Aktor (8) zum automatisierten Schalten/Wählen einer Getriebeübersetzung des Getriebes (3), die Steuereinheit (7) steht mit zumindest einem Sensor (24) in Signalverbindung, der Aktor (8) weist einen ersten Antrieb (201) zur Betätigung eines Getriebeelementes (216) zum Schalten einer Getriebeübersetzung und einen zweiten Antrieb (202) zur Betätigung eines Getriebeelementes (215) zum Wählen einer Getriebeübersetzung auf, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Antrieb (201) über ein erstes Getriebe, wie Schneckengetriebe (203, 205) mit nachgeordnetem Stirnradgetriebe (212, 213), ein Getriebeelement (216) des Getriebes (3) zum Schalten der Getriebeübersetzung betätigt und der zweite Antrieb (202) über ein zweites Getriebe, wie Schneckengetriebe (204, 204a), ein Getriebeelement (215) des Getriebes (3) zum Wählen der Getriebeübersetzung betätigt, wobei dem Schneckengetriebe (204, 204a) ein Stirnrad (206a, 302) nachgeordnet ist, das eine Zahnstange (206b, 301) kämmt, wobei die Zahnstange (206b, 301) auf der axial beweglichen und verdrehbarenzentralen Schaltwelle (211) drehbar gelagert aufgenommen ist und sich die Verzahnungsköpfe der Zahnstange (206b, 301) im Zahngrund des Ritzels (302) abstützt, so daß eine Verdrehsicherung der Zahnstange (206b, 301) relativ zum Ritzel (302) erfolgt.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützung der Verzahnungsköpfe der Zahnstange (206b, 301) im Zahngrund des Ritzels (302) und der Verzahnungsköpfe (310) des Ritzels (302) im Zahngrund (311) der Zahnstange (206b, 301) erfolgt.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützung über die gesamte Breite der Zahnstange (206b, 301) erfolgt.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützung an den Randbereichen (330a, 330b) der Verzahnung (302b, 301a) von Ritzel (302) und/oder von der Zahnstange (301) erfolgt.