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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Antriebsvorrichtung
für ein
Getriebe. Eine elektrische Antriebsvorrichtung für ein Getriebe gemäß der vorliegenden
Erfindung eignet sich zur Verwendung als eine Antriebsvorrichtung
zum Ändern
eines Übersetzungsverhältnisses
eines Getriebes eines Automobils automatisch oder auf Anweisung
vom Fahrer.
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Allgemeiner
Stand der Technik
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Bis
zum heutigen Tag wird – als
ein Getriebe eines Automobils – weithin
ein manuelles Getriebe, mit dem der Fahrer die Gänge wechselt, indem er einen
Ganghebel in Verbindung mit einem Kupplungspedal benutzt, oder ein
automatisches Getriebe zum automatischen Gangwechsel entsprechend
einer Situation verwendet. Von diesen Typen wird für ein automatisches
Getriebe herkömmlicherweise
eine Kombination aus einem Drehmomentwandler und einem Planetengetriebemechanismus,
eine Kombination aus einer variablen Riemenscheibe und einem Endlosriemen
und dergleichen verwendet. Des Weiteren wird seit kurzem ein Getriebe
für ein
Automobil verwendet, das ein automatisches Schalten einer Getriebeeinheit,
die herkömmlicherweise
als ein manuelles Getriebe dient, und ein automatisches Auskuppeln
ermöglicht,
weil es einfach zu bedienen ist und eine höhere Effizienz bei der Kraftübertragung aufweist
als ein gewöhnliches
automatisches Getriebe. Als eine Konstruktion zum Wechseln der Gänge, aus
denen eine Getriebeeinheit in einem solchen automatischen Getriebe
besteht, kennt man herkömmlicherweise
einen hydraulischen Typ und einen mechanischen Typ, wie in der japanischen
Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Nr. 2-273051 offenbart.
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Bei
einer Konstruktion, in der Hydraulik zum Gangwechsel verwendet wird,
um eine Getriebeeinheit herzustellen, wie bei der herkömmlichen
Konstruktion, entsteht ein Leistungsverlust, weil eine Hydraulikpumpe
die ganze Zeit angetrieben wird, während ein Automobil fährt. Dadurch
verschlechtern sich nicht nur die Laufleistungs- oder Kostenwerte
für das
Automobil, sondern es wird ein zusätzlicher Arbeitsaufwand erforderlich,
um eine Störung
zu verhindern, die durch Ölverlust
eintreten kann. Eine im Stand der Technik bekannte Vorrichtung zum
mechanischen Ausführen
eines solchen Schaltens ist für große Fahrzeuge
wie zum Beispiel Traktoren entwickelt worden, doch sie ist kompliziert
aufgebaut und benötigt
einen größeren Einbauraum,
so dass sie für kleinere
Fahrzeuge wie einen Personenkraftwagen ungeeignet ist.
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Es
ist eine elektrische Antriebsvorrichtung für ein Getriebe der vorliegenden
Erfindung ersonnen worden, wobei solche Umstände berücksichtigt wurden.
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EP-A-0
898 099 offenbart eine elektrische Antriebsvorrichtung für ein Getriebe,
umfassend:
eine Schaltwelle, die axial verschoben werden kann, um
ein gewünschtes
Zahnrad aus mehreren Zahnrädern
auszuwählen,
und die gedreht werden kann, um das gewünschte Zahnrad in Verzahnung
zu bringen, eine erste Betätigungsvorrichtung,
die einen ersten Elektromotor umfasst, um die axiale Verschiebung der
Schaltwelle zu bewirken, und eine zweite Betätigungsvorrichtung, die einen
zweiten Elektromotor umfasst, um die Drehung der Schaltwelle zu
bewirken,
wobei die erste Betätigungsvorrichtung des Weiteren Folgendes
umfasst: ein Drehbewegungsübertragungselement,
das durch eine Abtriebswelle des ersten Elektromotors gedreht werden
kann und entlang der Peripherie angeordnete Zähne aufweist, ein Drehbewegungsempfängerelement
mit entlang der Peripherie angeordneten Zähnen, die im Wesentlichen parallel
zu der Welle des Drehbewegungsübertragungselements angeordnet
sind und mit den entlang der Peripherie angeordneten Zähnen des
Drehbewegungsübertragungselements
verzahnt sind, und einen Kipphebel, der sich mit dem Drehbewegungsempfängerelement
drehen kann, wobei das Kopfende dieses Kipphebels mit einem Teil
der Schaltwelle dergestalt in Eingriff steht, dass die axiale Verschiebung
der Schaltwelle durch eine Drehbewegung des Kipphebels bewirkt wird.
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EP-A-0
620 388 offenbart eine elektrische Antriebsvorrichtung für ein Getriebe,
die einen Kugelumlaufspindelmechanismus enthält.
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DE-A-199
16 169 offenbart eine elektrische Antriebsvorrichtung für ein Getriebe,
die eine Betätigungsvorrichtung
enthält,
die einen Elektromotor umfasst, der eine Schnecke und ein Rad antreibt.
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Kurzdarstellung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine elektrische Antriebsvorrichtung
für ein
Getriebe bereit, umfassend:
eine Schaltwelle, die axial verschoben
werden kann, um ein gewünschtes
Zahnrad aus mehreren Zahnrädern
auszuwählen,
und die gedreht werden kann, um das gewünschte Zahnrad in Verzahnung
zu bringen, eine erste Betätigungsvorrichtung,
die einen ersten Elektromotor umfasst, um die axiale Verschiebung der
Schaltwelle zu bewirken, und eine zweite Betätigungsvorrichtung, die einen
zweiten Elektromotor umfasst, um die Drehung der Schaltwelle zu
bewirken, dadurch gekennzeichnet, dass
die erste Betätigungsvorrichtung
des Weiteren umfasst: eine Schnecke, die dafür vorgesehen ist, durch eine
Abtriebswelle des ersten Elektromotors gedreht zu werden, ein Schneckenrad,
das mit der Schnecke verzahnt ist, und einen Kipphebel, der durch
das Schneckenrad gedreht werden kann, wobei das Kopfende des Kipphebels
mit einem Teil der Schaltwelle dergestalt in Eingriff steht, dass
die axiale Verschiebung der Schaltwelle durch eine Drehbewegung
des Kipphebels bewirkt wird; und
die zweite Betätigungsvorrichtung
des Weiteren einen Kugelumlaufspindelmechanismus umfasst, der mit
einem Abtriebswellenelement versehen ist, das mit der Abtriebswelle
des zweiten Elektromotors verbunden ist, wobei der Kugelumlaufspindelmechanismus
die Drehung der Abtriebswelle in eine geradlinige Bewegung des Abtriebswellenelements
umwandelt; und durch
ein röhrenförmiges Element,
das drehbar durch ein Gehäuse
gestützt
wird und dergestalt auf die Schaltwelle aufgesetzt ist, dass die
Schaltwelle sich nicht dreht, sondern relativ zu dem röhrenförmigen Element
axial verschiebbar ist, wobei das Kopfende des Abtriebswellenelements
mit dem Kopfende eines Antriebsarms verbunden ist, der von dem röhrenförmigen Element
hervorsteht, um die Schaltwelle durch die geradlinige Bewegung des
Abtriebswellenelements zu drehen.
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Die
Erfindung beinhaltet des Weiteren eine elektrische Antriebsvorrichtung
für ein
Getriebe, umfassend:
eine Schaltwelle, die axial verschoben
werden kann, um ein gewünschtes
Zahnrad aus mehreren Zahnrädern
auszuwählen,
und die gedreht werden kann, um das gewünschte Zahnrad in Verzahnung
zu bringen, eine erste Betätigungsvorrichtung,
die einen ersten Elektromotor umfasst, um die axiale Verschiebung der
Schaltwelle zu bewirken, und eine zweite Betätigungsvorrichtung, die einen
zweiten Elektromotor umfasst, um die Drehung der Schaltwelle zu
bewirken,
wobei die erste Betätigungsvorrichtung des Weiteren umfasst:
ein Drehbewegungsübertragungselement, das
durch eine Abtriebswelle des ersten Elektromotors gedreht werden
kann und Zähne
entlang der Peripherie aufweist, ein Drehbewegungsempfängerelement
mit entlang der Peripherie angeordneten Zähnen, die im Wesentlichen parallel
zu der Welle des Drehbewegungsübertragungselements
angeordnet sind und mit den entlang der Peripherie angeordneten
Zähnen
des Drehbewegungsübertragungselements
verzahnt sind, und einen Kipphebel, der mit dem Drehbewegungsempfängerelement
gedreht werden kann, wobei das Kopfende des Kipphebels mit einem
Teil der Schaltwelle dergestalt in Eingriff steht, dass die axiale
Verschiebung der Schaltwelle durch eine Drehbewegung des Kipphebels
bewirkt wird; dadurch gekennzeichnet, dass
die zweite Betätigungsvorrichtung
des Weiteren einen Kugelumlaufspindelmechanismus umfasst, der mit
einem Abtriebswellenelement versehen ist, das durch eine Abtriebswelle
des zweiten Elektromotors gedreht werden kann, wobei der Kugelumlaufspindelmechanismus
die Drehung der Abtriebswelle in eine geradlinige Bewegung des Abtriebswellenelements
umwandelt; und durch
ein röhrenförmiges Element,
das drehbar durch ein Gehäuse
gestützt
wird und dergestalt auf die Schaltwelle aufgesetzt ist, dass die
Schaltwelle sich nicht dreht, sondern relativ zu dem röhrenförmigen Element
axial verschiebbar ist, wobei das Kopfende des Abtriebswellenelements
mit dem Kopfende eines Antriebsarms verbunden ist, der von dem röhrenförmigen Element
hervorsteht, um die Schaltwelle durch die geradlinige Bewegung des
Abtriebswellenelements zu drehen.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine Draufsicht zum Darstellen einer ersten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung.
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2 ist
eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A in 1.
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3 ist
eine Querschnittsansicht entlang der Linie B-B in 1.
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4 ist
eine Querschnittsansicht entlang der Linie C-C in 1.
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5 ist
eine schematische Draufsicht zur Darstellung eines Schaltschemas
eines Transmitters.
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6 ist
eine teilweise Draufsicht zum Erläutern einer Variante einer
ersten Betätigungsvorrichtung.
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7 ist
eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A in 6.
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Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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1 bis 4 veranschaulichen
eine erste Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Von einer Seitenfläche eines Getriebegehäuses 1,
in dem sich eine Getriebeeinheit ähnlich einem manuellen Getriebe
befindet, steht das Kopfende 3 der Schaltwelle 2 zum Ändern eines Übersetzungsverhältnisses
dieser Getriebeeinheit hervor. In einem mittleren Abschnitt dieses
Kopfendes 3 ist ein Keilprofileinsteckabschnitt 4 ausgebildet,
und ein Keilprofilrohr 5 mit einer Keilprofilaufnahme,
die an dessen Innenumfangsfläche
ausgebildet ist, ist mit diesem Keilprofileinsteckabschnitt 4 in
einen Keilprofileingriff gebracht. Bei der vorliegenden Ausführungsform
ist zwischen der Innenumfangsfläche
eines mittleren Abschnitts eines Stützrohres 7, das am
Umfang einer Öffnung 6 des
Getriebegehäuses 1 befestigt
ist, und der Außenumfangsfläche des
Basisabschnitts (der untere Abschnitt in 2) des Keilprofilrohres 5 ein Wälzlager 8,
wie beispielsweise ein Rillenkugellager, angeordnet, das sowohl
in radialer Richtung als auch in axialer Richtung belastbar ist,
wodurch das Keilprofilrohr 5 so gestützt wird, dass nur dessen Drehung
gestattet wird. Des Weiteren ist ein Dichtring 9 zwischen
der Innenumfangsfläche
des Kopfendes (der obere Endabschnitt in 2) des Stützrohres 7 und
der Außenumfangsfläche des
mittleren Abschnitts des Keilprofilrohres 5 angeordnet,
um den Endabschnitt der Öffnung
des Stützrohres 7 abzudichten.
Des Weiteren steht ein Eingriffnahmestück 10 mit einem Abschnitt
in Eingriff, der von dem Keilprofilrohr 5 an einem Abschnitt
hervorsteht, der sich weiter vor dem Kopfende 3 befindet.
Dieses Eingriffnahmestück 10 hat
einen U-förmigen
Querschnitt und ist als Ganzes ringförmig ausgebildet, wobei sich eine
Eingriffnahmerinne 11 um seine gesamte Außenumfangsfläche herum
erstreckt. Ein ausziehbarer Balg 12 ist zwischen der Außenumfangsfläche des Kopfendes
(der obere Endabschnitt in 2) des Keilprofilrohres 5 und
der Außenumfangsfläche des Abschnitts,
der weiter vor dem Kopfende 3 liegt, angeordnet, damit
sich keine Fremdkörper
in den Keilprofileingriffnahmeabschnitt zwischen dem Keilprofilrohr 5 und
der Schaltwelle 2 schieben können.
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Die
Schaltwelle 2, an der das Keilprofilrohr 5 und
das Eingriffnahmestück 10 wie
oben beschrieben angebracht sind, bewirkt eine Wähloperation (eine Operation
zur Wahl eines Ganges zum Ändern
einer Geschwindigkeit durch Verschieben eines Ganghebels in der
Querrichtung des Fahrzeugs in einem gewöhnlichen Mittelschaltungsautomobil
mit einem manuellen Getriebetyp) mit ihrer Verschiebung in der Axialrichtung
(die Vorderseite-Rückseite-Richtung des
Blattes in 1 und die Aufwärts-Abwärts-Richtung
in 2) bzw. eine Schaltoperation (eine Operation zum
Einkoppeln einer Synchronisierungseinrichtung entsprechend dem gewählten Gang
durch Verschieben des Ganghebels in der Längsrichtung des Fahrzeugs)
mit ihrer Drehung. Zum Beispiel werden, wie in 5 gezeigt,
im Fall einer Getriebeeinheit zum Realisieren eines Getriebes mit
sechs Gängen,
d. h. fünf
Vorwärtsgänge (erste
bis fünfte
Geschwindigkeitsstufe) und ein Rückwärtsgang
(R), drei Positionen, und zwar die beiden Endpositionen in der seitlichen
Richtung und die mittlere Position in der seitlichen Richtung in 5,
durch die Wähloperation
ausgewählt,
während
der Neutralzustand beibehalten wird, in dem kein Gangwechsel erfolgt
(die Synchronisierungseinrichtung befindet sich in einem freien
Zustand). Mit der Schaltoperation wird das Getriebe aus den drei
Positionen in diesem Neutralzustand in einer der beiden Richtungen
(Aufwärts-
oder Abwärtsrichtung
in 5) verschoben, um eine der Synchronisierungseinrichtungen
in den Eingriffnahmezustand zu versetzen, wodurch einer der Getriebezustände hervorgerufen
wird. Zum Verschieben der Schaltwelle 2 in der Axialrichtung,
um die Wähloperation
aus diesen zwei Operationen heraus zu bewirken, ist eine erste Betätigungsvorrichtung 13 zwischen
der Außenumfangsfläche des
Getriebegehäuses 1 und
dem Eingriffnahmestück 10 angeordnet.
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Diese
erste Betätigungsvorrichtung 13 dreht eine
mehrgängige
Schnecke 15 mittels einer Abtriebswelle eines ersten Elektromotors 14,
der sowohl in der Vorwärts-
als auch in der Rückwärtsrichtung
gedreht werden kann, wie zum Beispiel ein Untersetzungsmotor, wie
in 3 gezeigt. Der Steigungswinkel dieser mehrgängigen Schnecke 15 ist groß, ungefähr 15° bis 25°. Des Weiteren
ist diese mehrgängige
Schnecke 15 mit dem Schneckenrad 16 verzahnt.
Die Abtriebswelle 17, die als Drehmitte dieses Schneckenrades 16 dient,
ist relativ zu der mehrgängigen
Schnecke 15 in einer verdrehten Position angeordnet. Des
Weiteren ist sie so angeordnet, dass der Basisendabschnitt eines
Kipphebels 18 so mit dieser Abtriebswelle 17 verbunden
und an ihr befestigt ist, dass dieser Kipphebel 18 zusammen
mit dem Schneckenrad 16 gedreht wird. Ein konvexer Eingriffnahmeabschnitt 19,
der an einer Seitenfläche am
Kopfende dieses Kipphebels 18 (die Oberseite des linken
Endabschnitts in 1) ausgebildet ist, ist mit
der Eingriffnahmerinne 11 des Eingriffnahmestücks 10 in
Eingriffnahme gebracht. Mit dieser Anordnung wird die Schaltwelle 2 in
der Axialrichtung verschieb bar, wenn der Kipphebel 18 um
die Abtriebswelle 17 herum kippt.
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Um
die Schaltwelle 2 zu drehen und die Schaltoperation zu
bewirken, ist eine zweite Betätigungsvorrichtung 21 zwischen
der Außenfläche des Getriebegehäuses 1 und
dem Kopfendabschnitt eines Antriebsarms 20 angeordnet,
der fest an der Außenumfangsfläche des
Keilprofilrohres 5 angebracht ist. Diese zweite Betätigungsvorrichtung 21 stützt und
befestigt, wie in 4 gezeigt, über ein röhrenartiges Motorgehäuse 24 einen
zweiten Elektromotor 23, der in der Vorwärts- und
in der Rückwärtsrichtung drehen
kann, an einem Endabschnitt (der linke Endabschnitt in 4)
eines Gehäuses 22 in
einer im Wesentlichen zylindrischen Form. Dieses Motorgehäuse 24 besteht
aus einem Abschnitt 25 mit großem Durchmesser und einem Abschnitt 26 mit
kleinem Durchmesser, die mit einem dazwischenliegenden Stufenabschnitt 27 miteinander
verbunden sind. Von diesen Abschnitten ist der Abschnitt 26 mit
kleinem Durchmesser an einem Endabschnitt des Gehäuses 22 angeschraubt,
während
der zweite Elektromotor 23 fest von dem Abschnitt 25 mit
großem
Durchmesser getragen wird.
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Im
Inneren des Abschnitts 26 mit kleinem Durchmesser ist ein
Abschnitt, der näher
an dem Basisende eines mittleren Abschnitts einer Kugelumlaufspindel 33 liegt,
lediglich mittels eines Wälzlager 28 drehbar
gelagert, das radial wie axial belastbar ist, wie zum Beispiel ein
Rillenkugellager. Es ist anzumerken, dass ein äußerer Laufkäfig 29 zum Bilden dieses
Wälzlagers 28 durch
und zwischen die Innenfläche
eines Flanschabschnitts 30, der einwärts am Öffnungsende des Abschnitts 26 mit
kleinem Durchmesser ausgebildet ist, und einen Endanschlagring 31,
der durch die Innenumfangsfläche
eines mittleren Abschnitts dieses Abschnitts 26 mit kleinem
Durchmesser gehalten wird, eingeschoben ist, damit er sich axial
nicht verschieben kann. Ein innerer Laufkäfig 32 zum Bilden
des Wälzlagers 28 ist
durch und zwischen einen Flanschabschnitt 34, der auswärts in einem
mittleren Abschnitt der Kugelumlaufspindel 33 ausgebildet
ist, und eine Mutter 35, die an die Außenumfangsfläche des
Basisendabschnitts dieser Kugelumlaufspindel 33 (der linke
Endabschnitt in 4) geschraubt ist, eingeschoben,
damit sich der innere Laufkäfig 32 nicht
axial relativ zu dieser Kugelumlaufspindel 33 verschieben
kann. Des Weiteren sind ein Abschnitt an dem Basisendabschnitt der
Kugelumlaufspindel 33, der weiter absteht als das Wälzlager 28,
und eine Abtriebswelle 36 des zweiten Elektromotors 23 mittels
eines Kupplungsabschnitts 37 miteinander verbunden, damit
eine Drehkraft übertragen werden
kann.
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Eine
Kugelmutter 38 ist um die Kugelumlaufspindel 33 herum
angeordnet. Des Weiteren sind mehrere Kugeln 40 zwischen
Kugelumlaufspindelrillen 39a und 39b angeordnet,
die in der Außenumfangsfläche der
Kugelumlaufspindel 33 bzw. der Innenumfangsfläche der
Kugelmutter 38 ausgebildet sind, so dass ein Kugelumlaufspindelmechanismus 41 entsteht.
Weil sich die Kugelmutter 38 – wie später beschrieben – selbst
nicht drehen kann, wird sie in der Axialrichtung der Kugelumlaufspindel 33 verschoben,
wenn sich die Kugelumlaufspindel 33 dreht. Der Basisendabschnitt
eines Abtriebswellenelements 42 in einer zylindrischen
Form ist mit einer Endfläche
(die rechte Endfläche
in 4) dieser Kugelmutter 38 verbunden, indem
diese Kugelmutter 38 integral mit dem Abtriebswellenelement 42 ausgebildet
ist.
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Die
Außenumfangsfläche eines
mittleren Abschnitts des Abtriebswellenelements 42 ist
in einen Gleitkontakt mit einem Gleitlager 43 gebracht,
das an der Innenumfangsfläche
des Vorderendabschnitts (der rechte Endabschnitt in 4)
des Gehäuses 22 angebracht
ist, um das Abtriebswellenelement 42 zu führen. Eine
Verbindungsschelle 44 ist am Kopfendabschnitt dieses Abtriebswellenelements 42 befestigt,
so dass dieses Abtriebswellenelement 42 und der Kopfendabschnitt
des Antriebsarms 20 miteinander verbunden werden können. Die
Verbindungsschelle 44 hat eine Gabelform mit einer Ausnehmung 45,
in die der Kopfendabschnitt des Antriebsarms 20 eingeführt werden
kann. Somit sind in einem Zustand, in dem der Kopfendabschnitt dieses
Antriebsarms 20 in die Ausnehmung 45 eingeführt ist,
der Antriebsarm 20 und die Verbindungsschelle 44 kippbar und
verschiebbar über
einen Verbindungsstift 46 miteinander verbunden.
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In
der veranschaulichten Ausführungsform ist
eine Führungsnut 47 in
der Außenumfangsfläche des
mittleren Abschnitts des Abtriebswellenelements 42 entlang
der Axialrichtung (die seitliche Richtung in 4) dieses
Abtriebswellenelements 42 ausgebildet. Des Weiteren ist
ein Führungsstift 48,
der an dem Kopfendabschnitt des Gehäuses 22 befestigt ist,
in Eingriffnahme mit der Führungsnut 47 gebracht,
so dass ein Drehbewegungsverhinderungsmittel entsteht, um eine Drehbewegung
des Abtriebselements 42 und der Kugelmutter 38 zu
verhindern.
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Die
Innenendfläche
(die rechte Endfläche
in 4) des Motorgehäuses 24 ist so angeordnet, dass
sie zu einer Seitenfläche
(die linke Endfläche)
in der Axialrichtung der Kugelmutter 38 weist, und ein Stufenabschnitt 62,
der an einem Abschnitt ausgebildet ist, der näher an dem Kopfendabschnitt
der Innenumfangsfläche
des Gehäuses 22 liegt,
weist zu der anderen Endfläche
(die rechte Endfläche
in 17) in der Axialrichtung der Kugelmutter 38,
so dass ein Endanschlagmittel zum Steuern eines Betrages der Verschiebung
relativ zur Axialrichtung der Kugelmutter 38 gesteuert
wird.
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Des
Weiteren ist zwischen dem Abtriebswellenelement 42 und
dem Gehäuse 22 ein
Arretierungsmechanismus 49 ausgebildet, der in einer mittleren
Position eines Hubes der Kugelmutter 38, der durch das
Endanschlagmittel gesteuert wird, in Eingriff genommen ist, so dass
ein Widerstand gegen die Verschiebung dieser Kugelmutter 38 in
der Axialrichtung er zeugt wird. Um diesen Arretierungsmechanismus 49 zu
bilden, ist ein konkaves Loch 50 in Form einer konischen
Mulde angeordnet, mit einem tieferen Abschnitt in Richtung des mittleren
Abschnitts an der Unterseite in einer Position auf der der Führungsnut 47 gegenüberliegenden
Seite in der radialen Richtung an der Außenumfangsfläche des mittleren
Abschnitts der Abtriebswellenelements 42. Außerdem ist
ein Zylinderabschnitt 51 entlang der radialen Richtung
des Gehäuses 22 und
der Kugelmutter 38 in einem Abschnitt angeordnet, der einen
Teil des Gehäuses 22 bildet
und sich gegenüber
dem konkaven Loch 50 befindet, um der Verschiebung der Kugelmutter 38 in
der Axialrichtung zu folgen. Des Weiteren wird im Inneren des Zylinderabschnitts 51 eine
Kugel 52 aus Stahl oder dergleichen so gehalten, dass sie
in der radialen Richtung verschoben werden kann. Zwischen der Kugel 52 und
einer Kappe 53, die am Öffnungsende
des Zylinderabschnitts 51 befestigt ist, befindet sich
eine Kompressionssprungfeder 54, die als ein elastisches
Element dient, so dass die Kugel 52 elastisch gegen die
Außenumfangsfläche des
Abtriebswellenelements 42 gedrückt wird.
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Der
Aufbau des Arretierungsmechanismus' ist nicht auf den Aufbau beschränkt, wie
er oben beschrieben ist, sondern er kann auch ein solcher Aufbau
sein, bei dem ein elastischer Ring in einer verjüngten Nut in Eingriff genommen
ist, die am Umfang des Abtriebswellenelements 42 ausgebildet
ist, oder kann ein Aufbau sein, bei dem ein konvexes Element, das
außerhalb
eines konkaven Abschnitts ausgebildet ist, der am Umfang des Abtriebswellenelements 42 ausgebildet
ist, unter Ausnutzung seiner Elastizität in Druckkontakt und in Eingriffnahme
mit diesem konkaven Abschnitt gebracht wird, oder kann ein Aufbau
sein, bei dem ein Element mit einem Ausnehmungsabschnitt, der um
einen verjüngten
konvexen Abschnitt herum ausgebildet ist, der am Umfang des Abtriebswellenelements 42 ausgebildet
ist, unter Ausnutzung seiner Elastizität in Eingriffnahme mit diesem
verjüngten konvexen
Abschnitt gebracht wird. Oder anders ausgedrückt: Es kann jeder beliebige
Aufbau verwendet werden, solange das Abtriebswellenelement 42 in
einer mittleren Position seines Hubes angeordnet ist, so dass ein
vorgegebener Widerstand gegen eine Bewegung aus dieser Position
heraus bei diesem Aufbau gewährleistet
ist.
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Die
zweite Betätigungsvorrichtung 21,
die wie oben beschrieben aufgebaut ist, weist Montageabschnitte 55 auf,
die an zwei Positionen auf den Seiten, die in der radialen Richtung
einander gegenüberliegen,
auf der Außenumfangsfläche des
Motorgehäuses 24 dergestalt
angeordnet sind, dass sie in einem Lagerbock 56, der an
der Außenfläche des
Getriebegehäuses 1 angeordnet
ist, mittels eines Paares Lagerzapfen, die konzentrisch zueinander
angeordnet sind, gekippt werden können. Wie oben beschrieben,
sind der Kopfendabschnitt des Abtriebswellenelements 42 und
der Antriebsarm 20 über
die Verbindungsschelle 44 und den Verbindungsstift 46 miteinander
verbunden.
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In
dem Kugelumlaufspindelmechanismus 41 der oben beschriebenen
zweiten Betätigungsvorrichtung 21 ist
die Kugelumlaufspindel 33 mit der Motorabtriebswelle 36 verbunden,
um gedreht zu werden, und die Kugelmutter 38 ist integral
mit dem Abtriebswellenelement 42 verbunden, um eine geradlinige
Bewegung zu bewirken. Allerdings kann, anders als bei dieser Anordnung,
die Anordnung auch so sein, dass die Kugelumlaufspindel, die mit
der Kugelmutter über
die Kugeln in Eingriff steht, integral mit dem Abtriebswellenelement 42 ausgebildet
ist, um einen geraden Vorschub zu bewerkstelligen.
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In
der elektrischen Antriebsvorrichtung für ein Getriebe der vorliegenden
Ausführungsform,
die wie oben aufgebaut ist, werden Gänge einer Getriebeeinheit,
die in das Getriebegehäuse 1 eingebaut ist,
in der folgenden Weise geschaltet. Zuerst wird der erste Elektromotor 14 zum Bilden
der ersten Betätigungsvorrichtung 13 in
einer vorgegebenen Richtung gedreht, um den Kipphebel 18 in
der Aufwärts-Abwärts-Richtung
(vertikal) in 2 zu kippen und zu verschieben.
Dann wird die Schaltwelle 2 in der Axialrichtung entlang
einer vorgegebenen Richtung durch das Eingriffnahmestück 10 mittels
eines Eingriffnahmevorsprungs 19 verschoben, der an dem Kopfendabschnitt
des Kipphebels 18 angeordnet ist, wodurch die Wähloperation
bewirkt wird. Weil diese Wähloperation
nur wenig Kraft erfordert, selbst wenn die mehrgängige Schnecke 15 und
das Schneckenrad 16 miteinander verzahnt sind, um eine
Verschiebegeschwindigkeit des Kipphebels 18 zu gewährleisten,
kann die Wähloperation
zufriedenstellend bewirkt werden, ohne einen Motor mit einer besonders großen Ausgangsleistung
als den ersten Elektromotor 14 zu verwenden. Infolge dessen
lassen sich sowohl eine Verkleinerung der Vorrichtung als auch die Beschleunigung
der Wähloperation
ohne Weiteres erreichen. Es ist anzumerken, dass, wenn diese Wähloperation
ausgeführt
werden soll, die Bewegung zu den beiden Endpositionen dadurch bewirkt wird,
dass der erste Elektromotor 14 in einer vorgegebenen Richtung
gedreht wird, bis die Schaltwelle 2 sich nicht mehr verschiebt.
Im Gegensatz dazu wird die Bewegung in die mittlere Position dadurch
bewirkt, dass der erste Elektromotor 14 nur für eine vorgegebene
Zeitdauer aus dem Zustand gedreht wird, in dem sich die Schaltwelle 2 in
einem der Endabschnitte befindet.
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Nachdem
die Wähloperation
in dieser Weise bewirkt wurde, bewegt sich die zweite Betätigungsvorrichtung 21 heraus
oder hinein, um so die Schaltoperation auszuführen, wodurch die Schaltwelle 2 durch
den Antriebsarm 20 in einer vorgegebenen Richtung gedreht
wird. Wenn die Schaltoperation auf diese Weise ausgeführt werden
soll, so wird die Kugelumlaufspindel 33 mittels des zweiten
Elektromotors 23 in einer vorgegebenen Richtung gedreht. Dann
werden die Kugelmutter 38 und das Abtriebswellenelement 42 durch
den Kugelumlaufspindelmechanismus 41 verschoben, um den
Antriebsarm 20 zu ziehen und/oder zu schieben. Die Schaltoperation wird
bewirkt, um einen beliebigen Getriebezustand an den beiden Endpositionen
des ausfahrbaren Hubes der zweiten Betätigungsvorrichtung 21 herzustellen
(um eine Synchronisierungseinrichtung entsprechend dem gewünschten
Gang in einen Eingriffnahmezustand zu versetzen). Wie oben beschrieben, sind
die beiden Endpositionen des Hubes der Kugelmutter 38 und
des Abtriebswellenelements 42 durch das Zusammenstoßen der
beiden Endflächen
in der Axialrichtung dieser Kugelmutter 38 und der Innenendfläche des
Motorgehäuses 24 oder
des Stufenabschnitts 62 begrenzt. Dementsprechend können in der
veranschaulichten Ausführungsform
die Kugelmutter 38 und das Abtriebswellenelement 42 an
den beiden Endpositionen des Hubes positioniert werden, indem ein
Ansteigen des elektrischen Stromes festgestellt wird, der in den
zweiten Elektromotor 23 fließt, um den Strom zum zweiten
Elektromotor 23 abzuschalten. Die Schaltoperation, wie
oben beschrieben, erfolgt durch Drehen der Kugelumlaufspindel 33,
um die Kugelmutter 38 in der Axialrichtung zu drehen. In
diesem Fall kann die Kraft zum Bewegen der Kugelmutter 38 in
der Axialrichtung auf diese Weise ausreichend groß eingestellt
werden. Infolge dessen kann die Schaltoperation, die mehr Kraft
erfordert als die Wähloperation,
sicher ausgeführt
werden.
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Um
ein Übersetzungsverhältnis zu ändern, wird
die zweite Betätigungsvorrichtung 21 von
einer Endseite des ausfahrbaren Hubes (zum Beispiel im maximal ausgefahrenen
Zustand) zu der anderen Endseite (zum Beispiel im maximal eingefahrenen Zustand)
verschoben (wenn die geradlinige Schaltoperation in der vertikalen
Richtung in 5 bewirkt wird). Oder es wird,
nachdem die Wähloperation
einmal durchgeführt
wurde, die Schaltoperation ein zweites Mal ausgeführt. In
dem Fall, dass die Wähloperation
auf diese Weise einmal durchgeführt
wird, wird die zweite Betätigungsvorrichtung 21 einmal
an der mittleren Position des ausziehbaren Hubes angehalten, um
die oben beschriebene Wähloperation
zu ermöglichen.
Der oben beschriebene Neutralzustand – um auf diese Weise die Wähloperation
zu ermöglichen – entspricht
der mittleren Position des ausziehbaren Hubes. Außerdem wird
an dieser mittleren Position des Hubes der oben beschriebene Arretierungsmechanismus 49 gestartet.
Genauer gesagt, werden bei dieser Ausführungsform die Kugel 52 und das
konkave Loch 50 zum Bilden des Arretierungsmechanismus' 49 an der
mittleren Position des Hubes miteinander in Eingriff gebracht, wodurch
ein Widerstand gegen die Verschiebung des Abtriebswellenelements 42 erzeugt
wird. Dementsprechend kann in der veranschaulichten Ausführungsform
die mittlere Position korrekt lokalisiert werden, wenn die Kugelmutter 38 den
zweiten Elektromotor 23 für einen vorgegebenen Zeitraum
aus einem heraus Zustand betätigt,
in dem er sich in einem der Endabschnitte befindet, und das konkave
Loch 50 das Abtriebswellenelement 42 in eine Position
verschiebt, wo es sich der Kugel 52 gegenüber befindet. Es
ist anzumerken, dass der Arretierungsmechanismus 49 weggelassen
werden kann, wenn die zweite Betätigungsvorrichtung 21 an
der mittleren Position des Hubes angehalten werden kann, indem ein
Drehbewegungsbetrag des zweiten Elektromotors 23 erkannt
oder geregelt wird.
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Wie
oben beschrieben, ist es gemäß der elektrischen
Antriebsvorrichtung für
ein Getriebe der vorliegenden Ausführungsform möglich, eine Änderung
des Übersetzungsverhältnisses
vorzunehmen, indem die Schaltwelle 2, die als das Antriebselement der
Getriebeeinheit fungiert, ohne einen solchen Mechanismus angetrieben
wird, der zusätzlichen
Arbeitsaufwand und Installationsraum erfordert. Darüber hinaus
ist der Verzahnungszustand zwischen der mehrgängigen Schnecke 15 und
dem Schneckenrad 16 zum Bilden der ersten Betätigungsvorrichtung 13 umkehrbar,
und der Eingriffnahmezustand zwischen der Kugelumlaufspindel 33 und
der Kugelmutter 38 zum Bilden der zweiten Betätigungsvorrichtung 21 ist ebenfalls
umkehrbar. Dementsprechend ist es selbst dann, wenn der Antrieb
der Schaltwelle 2 durch diesen ersten und zweiten Elektromotor 14 bzw. 23 wegen
einer Störung
des ersten Elektromotors 14 oder des zweiten Elektromotors 23 ausfällt, möglich, diese Schaltwelle 2 manuell
anzutreiben.
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Es
ist anzumerken, dass in dem veranschaulichten Beispiel der Arretierungsmechanismus 49 lediglich
an einer Position in einem mittleren Abschnitt des Hubes angeordnet
ist. Wenn jedoch der Arretierungsmechanismus installiert werden
soll, wo vier oder mehr Positionen, einschließlich der beiden Endpositionen,
benötigt
werden, um den Arretierungsmechanismus bereitzustellen und zu positionieren,
so kann der Arretierungsmechanismus auch an zwei oder mehr voneinander
verschiedenen Positionen in der Axialrichtung angeordnet werden.
In diesem Fall ist es möglich,
ein gegenseitiges Behindern zwischen den Einzelteilen (einschließlich beispielsweise
des Zylinderabschnitts 51) des Arretierungsmechanismus', die in der Axialrichtung
nahe beieinander angeordnet sind, zu verhindern, indem man die Positionen,
an denen die jeweiligen Arretierungsmechanismen in einem Abstand
voneinander angeordnet sind, nicht nur in der Axialrichtung, sondern
auch in der Umfangsrichtung verschiebt.
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Als
nächstes
wird eine Modifizierung 113 der ersten Betätigungsvorrichtung
anhand der 6 und 7 beschrieben.
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Diese
Modifizierung 113 der ersten Betätigungsvorrichtung hat ein
Tellerrad 115, das integral mit der Abtriebswelle 114a eines
ersten Elektromotors 114 ausgebildet ist, der in einer
Vorwärts-
und einer Rückwärtsrichtung
gedreht werden kann, wie zum Beispiel ein Untersetzungsmotor, wie
in 6 gezeigt. Ein Zahnbogen 116 ist mit
dem Tellerrad 115 verzahnt. Das Tellerrad 115 hat
eine Drehwelle, die im Wesentlichen parallel zu der Drehwelle des
Zahnbogens 116 verläuft.
Der Begriff "im
Wesentlichen parallel" beinhaltet hier
nicht nur den Fall einer perfekten Parallelität, sondern auch einen Fall
einer geringfügigen
Neigung von etwa ±15°.
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Der
Zahnbogen 116 ist drehbar in dem Gehäuse 101 mittels Kugellager 120 gelagert.
Das Gehäuse 101 ist
integral mit dem Motorgehäuse
ausgebildet und ist integral mit einem Getriebegehäuse 1 ausgebildet
(2). Der Basisendabschnitt des Kipphebels 118 ist
mit der Abtriebswelle 117, die als Drehmitte der Zahnbogens 116 dient,
verbunden und an ihr befestigt, und dieser Kipphebel 118 ist
so angeordnet, dass er sich zusammen mit dem Zahnbogen 118 dreht.
Der Kopfendabschnitt dieses Kipphebels 118 steht mit der
Eingriffnahmerinne 11 des Eingriffnahmestücks 10,
das in 2 gezeigt ist, über den konvexen Eingriffnahmeabschnitt 119 in
der gleichen Weise in Eingriff wie der Kopfendabschnitt des Kipphebels 18 der
ersten Betätigungsvorrichtung 13, die
in 2 gezeigt ist. Mit dieser Konstruktion ist die Schaltwelle 2,
die in 2 gezeigt ist, so angeordnet, dass sie in der
Axialrichtung verschiebbar ist, um der Kippbewegung des Kipphebels 118 um
die Abtriebswelle 117 herum zu folgen.
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Bei
dieser Modifizierung 113 der ersten Betätigungsvorrichtung hat der
Zahnbogen 116 – damit der
Kipphebel 118 in einem ausreichenden Winkelbereich für die ausreichende
vertikale Bewegung der Schaltwelle 2 kippen kann, wie durch
die durchbrochenen Linien in 7 angedeutet – eine Anzahl Zähne entsprechend
diesem Arbeitswinkelbereich, und der Radius des Teilkreises des
Zahnbogens 116 ist zweckmäßigerweise so gewählt, dass
er drei- bis zehnmal so groß ist
wie der des Tellerrades 115. Bei dieser veranschaulichten
Ausführungsform
ist der Radius als das Fünffache
gewählt.
Der Radius des Teilkreises des Zahnbogens 116 von der Drehmitte des
Zahnbogens 116 zum Verzahnungspunkt mit dem Tellerrad 115 ist
größer als
die Entfernung von dieser Drehmitte zum Wirkmittelpunkt in dem konvexen
Eingriff nahmeabschnitt 119 an dem Kopfendabschnitt des
Kipphebels 118, so dass die Drehbewegung des Zahnbogens
eine größere Kraft
bekommt und dann zu dem Kipphebel 118 übertragen wird.
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Die
Formen des Tellerrades 115 und des Zahnbogens 116 sind
nicht auf jene beschränkt,
die in dieser Ausführungsform
gezeigt sind. Es kann jedes beliebige Drehbewegungsübertragungselement und
jedes beliebige Drehbewegungsempfängerelement verwendet werden,
solange ihre Wellen im Wesentlichen parallel – beide im oben beschriebenen Sinne – zueinander
verlaufen und jeweils im Wesentlichen parallel mit den Charakteristika
relativ zu dem Tellerrad 115 und dem Zahnbogen 116,
wie oben beschrieben, angeordnet sind und jeweils die an der Peripherie
angeordneten Zähne
aufweisen.
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Da
die vorliegende Erfindung wie oben beschrieben aufgebaut und betrieben
wird, ist es möglich,
eine elektrische Antriebsvorrichtung für ein Getriebe zu realisieren,
deren Größe und Gewicht
verringert werden kann und die das Getriebe eines kleinen Automobils,
wie zum Beispiel eines Personenkraftwagens, schalten kann.
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Die
elektrische Antriebsvorrichtung für ein Getriebe, wie oben beschrieben,
schaltet die Gänge einer
Getriebeeinheit in der folgenden Weise. Zuerst wird der erste Elektromotor 14 der
ersten Betätigungsvorrichtung
in einer vorgegebenen Richtung gedreht, um den Kipphebel zu kippen
und zu verschieben. Dann wird die Schaltwelle in der Axialrichtung
entlang einer vorgegebenen Richtung von dem Kopfende dieses Kipphebels
verschoben, so dass die Wähloperation
ausgeführt
wird. Weil diese Wähloperation
nur wenig Kraft erfordert, selbst wenn eine Verschiebegeschwindigkeit
des Kipphebels durch die Verzahnung der Schnecke mit dem Schneckenrad oder
durch die Verzahnung des Drehbewegungsübertragungselements mit dem
Drehbewegungsempfängerelement
(beide Elemente sind jeweils im Wesentlichen parallel zueinander
angeordnet und mit den entlang der Peripherie angeordneten Zähnen versehen)
gewährleistet
wird, kann die Wähloperation
zufriedenstellend ausgeführt
werden, ohne einen Motor, der zu einer besonders großen Ausgangsleistung
befähigt
ist, als den ersten Elektromotor zu verwenden.
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Nachdem
die Wähloperation
in dieser Weise ausgeführt
wurde, wird die Schaltwelle durch die zweite Betätigungsvorrichtung über den
Antriebsarm gedreht, um die Schaltoperation auszuführen. Obgleich
diese Schaltoperation in der Weise ausgeführt wird, dass das Abtriebswellenelement
des Kugelumlaufspindelmechanismus' zum Bilden der zweiten Betätigungsvorrichtung
durch diesen Kugelumlaufspindelmechanismus in der Axialrichtung
bewegt wird, kann die Kraft für
ein solches Bewegen des Abtriebswellenelements durch den Kugelumlaufspindelmechanismus
in der Axialrichtung zufriedenstellend groß gehalten werden. Infolge
dessen kann die Schaltoperation, die eine größere Kraft erfordert als die
Wähloperation,
störungsfrei
ausgeführt
werden.
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Der
Verzahnungszustand zwischen der Schnecke und dem Schneckenrad oder
der Verzahnungszustand zwischen dem Drehbewegungsübertragungselements
und dem Drehbewegungsempfängerelement
der ersten Betätigungsvorrichtung
ist so konfiguriert, dass er umkehrbar ist, und der Verzahnungszustand
mit dem Kugelumlaufspindelmechanismus der zweiten Betätigungsvorrichtung
ist ebenfalls umkehrbar. Dementsprechend ist es selbst dann, wenn
der Antrieb der Schaltwelle durch diesen ersten und zweiten Elektromotor
wegen einer Störung
dieses ersten oder zweiten Elektromotors nicht ausgeführt werden
kann, möglich,
diese Schaltwelle manuell anzutreiben.