WO2015058753A2 - Getriebe- und kupplungsaktor mit freiwinkel und freilauf - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Betätigungsvorrichtung für das Wählen und/oder Schalten einer Übersetzungsstufe eines Kraftfahrzeuggetriebes und das Ein- und/oder Ausrücken einer Kraftfahrzeugkupplung, mit einem Motor, der zum Drehen einer Antriebswelle ausgelegt ist, einer ein Ausrücklager einer Kupplung steuernden Kupplungsbetätigungseinrichtung und einer Gänge eines Getriebes wählenden und schaltenden, eine Schaltwalze aufweisenden Getriebebetätigungseinrichtung, wobei die Kupplungsbetätigungseinrichtung und die Getriebebetätigungseinrichtung bei einem Verdrehen der Antriebswelle betätigbar sind, wobei die Antriebswelle zwei Verstellbereiche aufweist, von denen ein erster Verstellbereich verstellend auf die Schaltwalze und ein zweiter Verstellbereich verstellend auf die Kupplungsbetätigungseinrichtung einwirkt; sowie einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges mit einer solchen Betätigungsvorrichtung.

Description

Getriebe- und Kupplungsaktor mit Freiwinkel und Freilauf
Die Erfindung betrifft eine Betätigungsvorrichtung/einen Getriebe- und Kupplungsaktor/einen Aktor für das Wählen und/oder Schalten einer Übersetzungsstufe eines Kraftfahrzeuggetriebes/Getriebes eines Kraftfahrzeuges, etwa eines Getriebes eines Pkws, Lkws, Busses oder landwirtschaftlichen Nutzfahrzeuges, und das Ein- und/oder Ausrücken einer Kraftfahrzeugkupplung/Kupplung des Kraftfahrzeuges, mit einem Motor, der zum Drehen einer Antriebswelle ausgelegt ist, einer ein Ausrücklager einer Kupplung steuernden Kupplungsbetatigungseinnchtung (auch als Kupplungsaktor bezeichenbar) und einer Gänge eines Getriebes wählenden und schaltenden, eine Schaltwalze aufweisenden Getriebebetätigungseinrichtung (auch als Getriebeaktor bezeichenbar), wobei die Kupplungsbetätigungseinrichtung und die Getriebebetätigungseinrichtung bei einem Verdrehen der Antriebswelle betätigbar/steuerbar sind. Auch betrifft die Erfindung einen Antriebsstrang des Kraftfahrzeuges mit einer solchen Betätigungsvorrichtung sowie einer mit der Kupplungsbetätigungseinrichtung dieser Betätigungsvorrichtung verbundenen Kupplung und einem mit der Getriebebetätigungseinrichtung dieser Betätigungsvorrichtung verbundenen Getriebe.
Konventionelle Betätigungsvorrichtungen, die eine Schaltbewegung zum Schalten und/oder Wählen von Gängen an ein Getriebe weitergeben und/oder zum Ein- oder Auskuppeln mit einer Kupplungseinrichtung zusammenwirken, sind bereits aus dem Stand der Technik bekannt. Die DE 103 44 106 A1 offenbart z.B. eine Schaltstrategie für ein Getriebe, insbesondere für ein Doppelkupplungsgetriebe, bei der mehrere Schaltwalzen zum Gangwechsel betätigt werden, wobei eine erste Schaltwalze die ungeraden Vorwärtsgänge sowie den Rückwärtsgang und eine zweite Schaltwalze die geraden Vorwärtsgänge bedient und wobei eine Doppelschaltung ohne Zugkraftunterbrechung durchgeführt wird. Auch ist eine Getriebesteuerung für ein solches Doppelkupplungsgetriebe offenbart.
Weiterhin ist der Anmelderin interner Stand der Technik bekannt, welcher eine Betätigungsvorrichtung offenbart, insbesondere für das Wählen und/oder das Schalten einer Übersetzungsstufe eines Getriebes und/oder das Ein- und Ausrücken einer Kupplung eines Kraftfahrzeugs, mit einem Steuerschema mit einer Mehrzahl von Führungsbahnen, welche mit Betätigungselementen in Wirkverbindung stehen, wobei eine Führungsbahn zum Ein- oder Auslegen einer Übersetzungsstufe und/oder zum Ein- oder Ausrücken einer Kupplung vorgesehen ist, wobei bei Erreichen spezifischer Positionen der Führungs- bahn eine entsprechende Betätigung angesteuert wird, wobei ein Wechsel einer Führungsbahn durch Verfahren in zumindest einer vorgesehenen Übergangsbahn erfolgt.
Auch ist der Anmelderin eine Betätigungsvorrichtung für eine mehrere Übersetzungsstufen aufweisendes Kraftfahrzeug-Getriebe mit einem Antrieb und einer Schaltwelle bekannt, wobei der Antrieb direkt und/oder indirekt mit der Schaltwelle verbunden ist, welche durch rotative und lineare Bewegungen Gänge schalten und wählen kann, wobei der Antrieb mit zwei Exzenterrädern verbunden ist, wobei das erste Exzenterrad mit der Schaltwelle axial beweglich und rotativ fixiert so verbunden ist, dass durch eine Rotation des ersten Exzenterrades eine rotative Bewegung, vorzugweise eine Schaltbewegung der Schaltwelle erzeugt wird und das zweite Exzenterrad mit der Schaltwelle gelenkig so verbunden ist, dass eine rotative Bewegung des Exzenterrads eine lineare Bewegung der Schaltwelle vorzugsweise zur Gangwahl erzeugt.
Diese aus dem Stand der Technik bekannten Kupplungs- und Getriebeaktoren/ Betätigungsvorrichtungen sind jedoch zumeist getrennt ausgestaltet, wobei mindestens je ein Elektromotor oder eine hydraulische Kupplungsbetätigung (Powerpack) bei Doppelkupplungsgetrieben auch je ein Aktor für beide Teilgetriebe plus je ein Aktor pro Kupplung, eingesetzt werden muss, um die jeweiligen Gänge des Getriebes zu schalten und die Kupplung zu schließen oder zu öffnen. Es sind somit immer mindestens zwei Aktoren (mit je mindestens einem Elektromotor) je (Teil-)Getriebe, teilweise auch ein Aktor für beide Teilgetriebe bei parallelen Schaltgetrieben (PSG) vorgesehen. Eine solch hohe Anzahl an Aktoren zur Kupplungs- und Getriebebetätigung, insbesondere bei automatisierten Schaltgetrieben (ASG), parallelen Schaltgetrieben (PSG) oder Doppelkupplungsgetrieben, hat jedoch den Nachteil, dass die Herstellkosten aufgrund dieser Anzahl sehr hoch ausfallen können.
Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu beheben und die Anzahl an Aktoren (inklusive Elektromotoren) in den Betätigungsvorrichtungen zu reduzieren.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Antriebswelle zwei Verstellbereiche aufweist, von denen ein erster Verstellbereich verstellend auf die Schaltwalze und ein zweiter Verstellbereich verstellend auf die Kupplungsbetätigungseinrichtung einwirkt.
Dadurch kann eine einzelne Antriebseinheit / ein einzelner Motor zur Betätigung sowohl von Kupplung als auch Getriebe verwendet werden, bspw. zur Betätigung der Schaltwal- zen und/oder der Schaltgabel und einer Reibungskupplung/Reibkupplung. Weiterhin, unter gleichzeitiger Verwendung zweier Betätigungsvorrichtungen der erfindungsgemäßen Ausführung, kann auch ein Doppelkupplungsgetriebe mit lediglich zwei Aktoren/Motoren (je einer pro Teilgetriebe) betätigt/bedient werden. Dadurch wird zum einen die Systemkomplexität der Kupplungs- und Getriebebetätigung reduziert, zum anderen die Herstellkosten gesenkt.
Weitere Ausführungen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
So ist es weiterhin von Vorteil, wenn der erste Verstellbereich als ein sich in radialer Richtung erstreckender, erster Vorsprung, etwa als Nocken, ausgebildet ist, der zum Verdrehen der Schaltwalze in zumindest einer Drehrichtung der Ausgleichswelle an einer Gegenkontur der Schaltwalze formschlüssig anlegbar ist. Ein solcher Vorsprung ist relativ einfach herstellbar und kann bspw. stoffschlüssig, d.h. einteilig, unmittelbar mit der Antriebswelle verbunden/ausgeführt sein oder als separates Bauteil auf die Antriebswelle aufgepresst sein. Dadurch ist der Herstellaufwand weiter reduziert.
Auch ist es zweckmäßig, wenn in diesem Zusammenhang die Gegenkontur als ein an der Schaltwalze angeordneter (vorzugsweise ebenfalls angeformter), sich in radialer Richtung erstreckender, den ersten Vorsprung entlang des Umfangs der Antriebswelle hintergreifender, zweiter Vorsprung ausgeführt ist und/oder der erste Vorsprung um einen bestimmten Freiwinkel in einer der ersten Drehrichtung entgegen gesetzten zweiten Drehrichtung von der Gegenkontur wegbewegbar ist. Dadurch ist auch die Schaltwalze ohne weiter Bauteile zumindest in einer Drehrichtung der Antriebswelle durch die Antriebswelle betätigbar/antreibbar und in einer anderen Drehrichtung, in der vorzugsweise die Kupplungsbetätigungseinrichtung angetrieben wird, unbeeinflusst, weshalb die geschaltete Schaltstellung beibehalten bleibt. Auch können bisher verwendete Schaltwalzen in einfacher Weise konfiguriert werden, um von der erfindungsgegenständlichen Antriebswelle angetrieben zu werden.
Auch ist es weiterhin von Vorteil, wenn der zweite Verstellbereich durch einen Freilauf ausgebildet ist, wobei ein Innenabschnitt des Freilaufs drehfest mit der Antriebswelle verbunden ist und ein Außenabschnitt des Freilaufs, mit dem der Innenabschnitt in zumindest einer Drehrichtung der Ausgleichswelle formschlüssig oder kraftschlüssig verbunden ist, drehfest mit der Kupplungsbetätigungseinrichtung verbunden ist. Durch einen solchen Freilauf ist ein ebenfalls relativ kostengünstiges in einer Drehrichtung sperren- des, in der anderen entgegengesetzten Drehrichtung frei durchlaufendes Element zur Verfügung gestellt.
Vorteilhaft ist es auch, wenn der Innenabschnitt zumindest ein Sperrelement aufweist, das als ein in radialer Richtung gegenüber dem Außenabschnitt elastisch verformbares Federelement ausgestaltet ist und/oder der Außenabschnitt ringförmig ausgestaltet ist und mehrere radiale Ausnehmungen aufweist, in die das Sperrelement in einer Drehrichtung der Antriebswelle formschlüssig eingreift. Dadurch ist der Freilauf relativ kostengünstig herstellbar und der Herstellaufwand weiter reduzierbar.
Auch ist es möglich, dass bei Drehung des Motors (des Elektromotors) in der einen Richtung die Kupplung betätigt wird und bei Drehung in die andere Richtung, in Abhängigkeit vom Drehwinkel, ein entsprechender Gang im Getriebe gewählt und eingelegt wird. In diesem Zusammenhang ist es zweckmäßig, wenn der erste Verstellbereich und der zweite Verstellbereich je in eine Drehrichtung der Antriebswelle antreibend auf die Kupp- lungsbetätigungseinrichtung oder die Schaltwalze einwirken, und/oder der erste Verstellbereich und der zweite Verstellbereich derart ausgestaltet und an der Antriebswelle angeordnet sind, dass der erste Verstellbereich in einer ersten Drehrichtung der Antriebswelle die Schaltwelle antreibt, der zweite Verstellbereich in einer, der ersten Drehrichtung entgegengesetzten, zweiten Drehrichtung der Antriebswelle die Kupplungsbetätigungs- einrichtung antreibt. Dadurch ist es möglich, mit derselben Antriebswelle, ohne weitere/separate Bauteile sowohl die Schaltwalze als auch die Kupplungsbetätigungseinrich- tung abwechselnd zu betätigen/anzutreiben/zu verstellen. Die Betätigungsvorrichtung mit dem Motor/dem Aktor ist folglich besonders platzsparend ausgestaltbar.
Ist der erste Verstellbereich an einem ersten Endbereich der Antriebswelle angeordnet und der zweite Verstellbereich an einem zweiten, dem ersten gegenüberliegenden Endbereich der Antriebswelle angeordnet, so kann der Bauraum weiterhin reduziert werden.
Wenn der der erste Verstellbereich beim Antreiben der Schaltwelle in Abhängigkeit vom Drehwinkel verstellbar ist, wobei der erste Verstellbereich in mehrere, in bestimmten Winkelabständen voneinander beabstandeten Drehstellungen verdrehbar ist und jeder Drehstellung eine Schaltstellung der Schaltwalze zugeordnet ist, können auch mehrere Übersetzungsstufen mit einer Schaltwalze geschalten werden, wobei diese Übersetzungsstufen jeweils einem bestimmten Verdrehwinkel der Antriebswelle zuordenbar sind.
Umfasst die Kupplungsbetätigungseinrichtung weiterhin eine Rampenbetätigungseinheit mit Ausrücklager oder ein hydraulisches Betätigungssystem, so kann der Freilauf unmit- telbar drehfest mit einem entsprechenden Element verbunden werden, so dass durch die Verdrehung der Antriebswelle ein Ausrücken/Einrücken der Kupplung vollzogen wird.
Im Weiteren ist auch ein Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, wie eines Pkws, Lkws, Busses oder landwirtschaftlichen Nutzfahrzeuges vorgesehen, mit einer Betätigungsvorrichtung nach einer der oben beschriebenen Ausführungen sowie einer mit der Kupp- lungsbetätigungseinrichtung der Betätigungsvorrichtung verbundenen Kupplung (vorzugsweise Reibungskupplung) und einem mit der Getriebebetätigungseinrichtung der Betätigungsvorrichtung verbundenen Getriebe. Dadurch ist auch der Antriebsstrang an sich besonders kostengünstig herstellbar.
In anderen Worten ausgedrückt, wird mit der Erfindung eine Betätigungsvorrichtung/ein Ein-Motor-Getriebe- und Kupplungsaktor vorgeschlagen. Schalten und Wählen des Getriebes wird über eine Schaltwalze und Drehung des Motors in eine erste Richtung (erste Drehrichtung) und Kuppeln durch Drehen des Motors in die andere Richtung (zweite Drehrichtung) realisiert. Hierfür ist der Motor mittels eines Freilaufes mit der Kupplung (über die Kupplungsbetätigungseinrichtung) verbunden. Die Kupplung muss zumindest entgegen einer Federkraft geschlossen werden (normally open) und ist daher eine normal ausgerückte Kupplung. Der Freilauf ist so mit der Kupplungsbetätigung gekoppelt, dass bei der Reduzierung des Moments durch den Motor der Freilauf über die Federkraft (wirkende Kraft der Rückstellfeder) zurückgedreht werden kann. Der Motor muss dafür dann auch in entgegengesetzter Richtung drehbar sein. Um eine Fehlbedienung bei der Schaltwalze zu vermeiden, ist die Schaltwalze über bevorzugt einen Nocken mit einem Schaltelement (Antriebswelle) des Motors verbunden. Durch die Kupplungsdrehung geraten dieses Element und der Nocken außer Eingriff, ein Freiwinkel entsteht, der beim Rücksteilen der Kupplungsfeder überwunden werden kann, ohne dass ein Schaltvorgang vorgenommen wird. Es können so auch zwei Teilgetriebe und zwei Kupplungen eines parallelen Schaltgetriebes (PSG; Doppelkupplungsgetriebe) bewegt werden.
Die Erfindung wird nun anhand von Zeichnungen näher erläutert, in welchen Zeichnungen mehrere Ausführungsformen erläutert sind.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung nach einer ersten Ausführungsform, wobei die Sichtebene parallel zur Drehachse der Antriebswelle des Motors/ der Schaltwelle/ der Kupplung verläuft und der Motor sowie dessen Anbindung an die Schaltwalze sowie an die Kupp- lungsbetätigungseinrichtung gut zu erkennen ist,
Fig. 2 eine Querschnittdarstellung entlang der in Fig. 1 eingezeichneten Schnittlinie II- II, wobei der erste Verstellbereich der Antriebswelle und dessen Anlage an der Schaltwalze besonders gut zu erkennen ist,
Fig. 3 eine Querschnittsdarstellung durch die Betätigungsvorrichtung nach der in Fig.
1 gekennzeichneten Schnittlinie III-III, wobei hier insbesondere der zweite Verstellbereich der Antriebswelle und dessen Anbindung an die Kupplungsbetäti- gungseinrichtung dargestellt sind,
Fig. 4 eine schematische Schnittdarstellung gemäß der Fig. 2, wobei auch der eigentlich durch das Motorgehäuse verdeckte, in axialer Richtung hinter dem ersten Verstellbereich befindliche, zweite Verstellbereich dargestellt ist und die Verdrehstellung der beiden (erster und zweiter) Verstellbereiche zueinander verdeutlicht ist,
Fig. 5 eine Darstellung gemäß der Fig. 4, wobei hierin nochmals die Position zwischen dem ersten Verstellbereich und der Schaltwalze und dem zweiten Verstellbereich und der Kupplungsbetätigungseinrichtung in einer ersten Schaltstellung (mit„I" gekennzeichnet) dargestellt ist, in der die Kupplung geöffnet ist und ein Gang des Getriebes eingelegt ist,
Fig. 6 eine Darstellung gemäß der Fig. 4 und 5, wobei jedoch die erste Versteileinrichtung sowie die zweite Versteileinrichtung in einer, einer zweiten Schaltstellung (mit„II" gekennzeichnet) zugeordneten Position befindlich sind, wobei die Kupplung geöffnet ist und ein weiterer Gang des Getriebes eingelegt ist, und
Fig. 7 eine Darstellung gemäß den Fig. 4 bis 6, wobei der erste Verstellbereich in der zweiten Schaltstellung nach Fig. 6 befindlich ist, der zweite Verstellbereich jedoch in einer Position befindlich ist, in der die Kupplungsbetätigungseinrichtung aktiviert ist und daher die Kupplung geschlossen ist.
Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
In Fig. 1 ist eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung 1 für das Wählen und/oder Schalten einer Übersetzungsstufe eines Kraftfahrzeuggetrie- bes, was hier der Übersichtlichkeit halber nicht weiter dargestellt ist, und für das Ein- und/oder Ausrücken einer Kraftfahrzeugkupplung 2, dargestellt. Die Betätigungsvorrichtung 1 weist einen Motor 4 auf, der zum Drehen einer Antriebswelle 3 ausgelegt/ vorbereitet ist. Der Motor 4 ist als Elektromotor ausgeführt, wobei dieser Elektromotor einen Stator sowie einen von dem Stator angetriebenen Rotor aufweist, und der Rotor integraler Bestandteil der Antriebswelle 3 (d.h., dass Rotor zugleich die Antriebswelle 3 ausbildet) oder als separates Bauteil zumindest drehfest mit der Antriebswelle 3 verbunden ist. Der Motor 4 ist so ausgeführt, dass er sowohl die Antriebswelle 3 in eine erste Drehrichtung, bspw. im Uhrzeigersinn, antreiben/verdrehen kann sowie auch entgegengesetzt zu dieser ersten Drehrichtung in eine zweite Drehrichtung, bspw. entgegen dem Uhrzeigersinn, antreiben/verdrehen kann.
Weiterhin ist ein als Ausrücklager 5 ausgeführtes Betätigungslager in der die Kupplung 2 steuernden/betätigenden Kupplungsbetätigungseinrichtung 6 vorhanden. Die Kupplungs- betätigungseinrichtung 6 ist, wie nachfolgend ausführlicher beschrieben, mit der Antriebswelle 3 gekoppelt. Weiterhin ist auch eine, Gänge eines Getriebes wählende und schaltende, und eine Schaltwalze 7 umfassende/aufweisende Getriebebetätigungseinrichtung 8 vorhanden. Die Schaltwalze 7 ist hierbei lediglich schematischer Natur und ist prinzipiell wie eine der in der DE 103 44 106 A1 bereits erläuterten Schaltwalzen aufgebaut/funktionierend und mit einem Getriebe weiter verbunden. Die DE 103 44 106 A1 gilt als hierin integriert. Die Kupplungsbetätigungseinrichtung 6 und die Getriebebetätigungseinrichtung 8 sind jeweils durch/bei Verdrehung/Drehverstellung der Antriebswelle 3 betätigbar. Erfindungsgemäß weist die Antriebswelle 3 zwei Verstellbereiche 9, 10 auf, von denen ein erster Verstellbereich 9 verstellend auf die Schaltwalze 7 und ein zweiter Verstellbereich 10 verstellend auf die Kupplungsbetätigungseinrichtung 6 einwirkt. Die Verstellbereiche 9, 10 der Antriebswelle 3 sind jeweils in eine Drehrichtung der Antriebswelle 3 wirkend (nachfolgend näher erläutert).
Hinsichtlich des Motors 4 ist weiterhin zu erkennen, dass die Antriebswelle 3 in axialer Richtung des Motors 4 an zwei Endbereichen aus einem Gehäuse/ Motorgehäuse 1 1 des Motors 4 hinausragt. Ein erster Endbereich der Antriebswelle 3 bildet dabei den ersten Verstellbereich 9 aus, ein zweiter Endbereich der Antriebswelle 3, der dem ersten Endbereich gegenüber liegt, bildet den zweiten Verstellbereich 10 aus. Der erste Verstellbereich 9 und der zweite Verstellbereich 10 sind unmittelbar auf der Antriebswelle 3 angebracht. Der erste Verstellbereich 9, dessen Ausgestaltung auch besonders gut in dem Querschnitt nach Fig. 2 zu erkennen ist, umfasst einen ersten Vorsprung 12 (erster Vorsprung 12 auch als Nocke, Erhebung, Erhöhung bezeichenbar), welcher erste Vorsprung 12 sich im Wesentlichen in radialer Richtung (radiale Richtung auf Drehachse 16 der Antriebswelle 3 bezogen) von einer ansonsten im Wesentlichen kreisrund ausgeführten Außen- umfangsfläche der Antriebswelle 3 nach außen wegerstreckt (radiale Richtung entspricht radialer Richtung der Drehachse 16 der Antriebswelle 3). Dieser erste Vorsprung 12 bildet somit eine Kontaktfläche, nachfolgend als erste Kontaktfläche 13 bezeichnet, aus, die sich quer zur Umfangsrichtung erstreckt.
Mit dieser ersten Kontaktfläche 13 wirkt eine zweite Kontaktfläche 14 zusammen, wobei diese zweite Kontaktfläche 14 an einem zweiten Vorsprung 15 (zweiter Vorsprung 15 auch als Nocke, Erhebung, Erhöhung bezeichenbar) angeordnet ist. Der zweite Vorsprung 15 ist fest an der Schaltwalze 7 angeordnet. Dieser zweite Vorsprung 15 ist an einer Innenumfangsfläche der Schaltwalze 7 angeordnet und erstreckt sich in radialer Richtung nach innen. Der zweite Vorsprung 15 erstreckt sich somit von einem radial außerhalb der Antriebswelle 3 und des ersten Vorsprungs 12 gelegenen Abschnittes der Schaltwalze 7 nach innen zum ersten Vorsprung 12 hin. Der zweite Vorsprung 15 erstreckt sich so weit zur Antriebswelle 3 hin, dass sich die zweite Kontaktfläche 14 und die erste Kontaktfläche 13 in radialer Richtung überlappen und sich dadurch in Drehrichtung / in Umfangsrichtung der Antriebswelle 3 hintergreifen. Bei Drehung der Antriebswelle 3 kommt es zumindest in der mit dem Pfeil 17 dargestellten Drehrichtung, nachfolgend als erste Drehrichtung 17 bezeichnet, zu einem formschlüssigen Kontakt zwischen den beiden Vorsprüngen 12 und 15 und somit zu einem drehfesten Verbinden der Bauteile in diese erste Drehrichtung 17. Dies bewirkt dann weiter ein Verdrehen der Schaltwalze 7 auf gewohnte Art und Weise, um, durch ihre Außenkontur der Schaltwalze 7 bedingt, den jeweiligen Gang, wie er vom Benutzer erwünscht ist, zu wählen und einzulegen/zu schalten.
Der zweite Verstellbereich 10 ist besonders gut in Fig. 3 zuerkennen und als ein Freilauf/eine Freilaufeinrichtung ausgeführt. Dieser Freilauf weist einen Innenabschnitt 19 auf, der drehfest mit der Außenumfangsfläche der Antriebswelle 3 verbunden ist, sowie einen ringförmigen Außenabschnitt 20, der wiederum drehfest mit einem rotierenden Teil der Kupplungsbetätigungseinrichtung 6 verbunden ist, auf. Der Innenabschnitt 19 ist durch mehrere Sperrelemente 21 gebildet, die als federelastische Elemente/Federelemente/Federn ausgeführt sind und sich in radialer Richtung der Antriebswelle 3 komprimieren lassen (Vorzugsweise sind mindestens zwei Sperrelemente 21 in dem Innenabschnitt 19 enthalten). Mit einem ersten Ende ist jedes der Sperrelemente 21 drehfest an der Außenumfangsfläche der Antriebswelle 3 fixiert/angebunden/befestigt, mit dem zweiten Ende erstreckt sich jedes Sperrelement 21 in Richtung des Außenabschnittes 20 und ragt in radialer Richtung bis in eine Aussparung 22 des Außenabschnittes 20 hinein.
Die Sperrelemente 21 sind entlang des Umfangs der Antriebswelle 3 gleichmäßig verteilt angeordnet, und auch die Aussparungen 22 sind entlang des Umfangs, nämlich an der Innenumfangsfläche des Außenabschnittes 20, gleichmäßig verteilt angeordnet. Jedes Sperrelement 21 kann in jede der Aussparungen 22 eingreifen/einschnappen. Je nach Verdrehstellung des ringförmigen Außenabschnittes 20 zu den Sperrelementen 21 , befindet sich das Sperrelement 21 in einer der Verdrehstellung zugeordneten Aussparung 22. Die Sperrelemente 21 sind dabei derart ausgestaltet, dass bei Verdrehen der Antriebswelle 3 in die erste Drehrichtung 17 die Antriebswelle 3 sich relativ zu dem Außenabschnitt 20, in einem beliebigen Verdrehwinkel, durch das Komprimieren der Sperrelemente 21 in radialer Richtung, verdrehen lässt. Entgegengesetzt zu dieser ersten Drehrichtung/Verdrehrichtung 17, nämlich in die mit dem Pfeil 18 dargestellte zweite Drehrichtung/Verdrehrichtung 18, wird das Sperrelement 21 jedoch, aufgrund der geometrischen Ausgestaltung der Aussparungen 22 in radialer Richtung nicht nach innen gedrückt, sondern gegen eine sich in radialer Richtung erstreckende Anschlagsseite der Aussparung 22 gedrückt. Dadurch gelangt das Sperrelement 21 in Anschlag mit der Aussparung 22 und der Außenabschnitt 20 kann in der zweiten Drehrichtung 18 von der Antriebswelle 3 angetrieben werden. Bei Verdrehen des Außenabschnittes 20 in die zweite Drehrichtung 18 wird der Freilauf gesperrt und das Ausrücklager 5 betätigt, wodurch wiederum die Kupplung 2 geschlossen wird.
Der Außenabschnitt 20 ist über eine entgegen der zweiten Drehrichtung 18 wirkende Rückstellfeder 23 abgestützt. Dadurch wird der Außenabschnitt 20 bei Unterschreiten eines gewissen Drehmomentes der Antriebswelle 3 in die erste Drehrichtung 17 zurückgedreht, sodass der Außenabschnitt 20 wieder in seine ursprüngliche, nämliche in eine ausgekuppelte Stellung der Kupplung/Kraftfahrzeugkupplung 2 zurückgeführt wird.
In den Fig. 4 und 5 ist besonders gut die relative Positionierung des ersten zu dem zweiten Verstellbereich 9, 10 zu erkennen. Beispielsweise ist an der Schaltwalze 8 eine erste Schaltstellung eingestellt, die mit„I" (in Fig. 5) gekennzeichnet ist. In dieser ersten Schaltstellung berühren sich der erste und der zweite Vorsprung 12, 15 in einer die Schaltwalze 7 antreibenden Stellung des ersten Verstellbereiches 9 in einem ersten Winkelbereich, bspw. bei 0°. Dabei ist die Schaltwalze 7 in einer ersten Übersetzungsstufe befindlich.
Zum erneuten Verstellen der Übersetzungsstufe / zum Schalten des Getriebes über die Getriebebetätigungseinrichtung 8 wird dann, wie in Fig. 5 besonders gut zu erkennen ist, die Antriebswelle 3 in Richtung der ersten Drehrichtung 17 verdreht, bis sie die in Fig. 6 dargestellte zweite Schaltstellung („II") erreicht. Diese zweite Schaltstellung ist um einen Verdrehwinkel von 90° zu der ersten Schaltstellung versetzt. In der zweiten Schaltstellung ist dann eine zweite Übersetzungsstufe des Getriebes gewählt und geschalten. Dementsprechend kann auch eine dritte („III") und eine vierte („IV") Schaltstellung ausgewählt werden, wobei diese dritten und vierten Schaltstellungen wiederum um jeweils einen Verdrehwinkel 90° zueinander beabstandet sind (dritte Schaltstellung um 90° zu der zweiten Schaltstellung versetzt). Die vierte Schaltstellung ist dann wiederum um 90° zu der ersten Schaltstellung versetzt. Somit ist der erste Verstellbereich 9 in mehrere, in bestimmten Winkelabständen von 90° voneinander beabstandeten Drehstellungen verdrehbar, wobei jeder Drehstellung eine Schaltstellung der Schaltwalze 7 zugeordnet ist.
Wie in den Fig. 4 bis 6 weiterhin gut zu erkennen ist, dreht der Freilauf während des Einstellens der Schaltwalze 7 und der Schaltstellungen, d.h. während des Verdrehens der Antriebswelle 3 in der ersten Drehrichtung 17, leer/frei durch, so dass die Sperrelemente 21 nicht formschlüssig die Aussparungen 22 hintergreifen. Bei einem Verstellen der Schaltwalze 7 durch die Antriebswelle 3 wird somit die Kupplungsbetätigungsvorrichtung 6 nicht betätigt. Ist die erwünschte Schaltstellung/Verdrehstellung der Schaltwalze 7 erreicht (eine der Schaltstellungen I bis IV), wird die Drehrichtung der Antriebswelle 3 umgekehrt und ein Drehmoment in der zweiten Drehrichtung 18 aufgebracht, um die Kupplung einzukuppeln. Daraufhin sperrt der Freilauf und die Sperrelemente 21 verdrehen den Außenabschnitt 20 in der zweiten Drehrichtung 18, wie zuvor beschrieben, unter formschlüssiger Verbindung. Dabei wird der Außenabschnitt 20 entgegen der wirkenden Federkraft der Rückstellfeder 23 verdreht und die Kupplung 2 geschlossen. Soll ein anderer Gang eingelegt werden, wird die Kupplung 2 erneut geöffnet, indem das Drehmoment, das an der Antriebswelle 3 anliegt, reduziert/verringert, bis die Rückstellfeder 23 sich wieder entspannt hat und der Außenabschnitt 20 wieder verdreht hat, sodass die Vorsprünge 12 und 15 wieder miteinander in Kontakt gelangen. Dadurch wird die Kupplung 2 wieder in die ausgerückte Stellung bewegt. Alternativ zu dem formschlüssigen Ineinandergreifen des Innenabschnittes 19 in den Außenabschnitt 20 in Sperrrichtung des Freilaufs können diese beiden Abschnitte 19, 20 auch so ausgestaltet sein, dass sie in Sperrrichtung kraftschlüssig, wie reibkraftschlüssig, miteinander verbunden sind.
Während der Kupplungsbetätigung, d.h. während dem Verdrehen des Außenabschnittes 20 bleibt die jeweilige, zuvor geschaltete Schaltstellung (I bis IV) erhalten. Dies ist aufgrund der Ausgestaltung der ersten und zweiten Vorsprünge 12 und 15 möglich. Die ersten und zweiten Vorsprünge 12 und 15 weisen eine solche Breite/Erstreckung in Um- fangsrichtung auf, dass der erste Vorsprung 12, um einen gewissen Verdrehwinkel der Antriebswelle 3, frei von dem zweiten Vorsprung 15 wegbewegt werden kann, ohne dass sich diese beiden Vorsprünge 12 und 15 kontaktieren. Vorzugsweise kann die Antriebswelle 3 in der zweiten Drehrichtung um einen Freiwinkel von fast 360° (vorzugsweise 0°- 350°) relativ zur Schaltwalze 7 verdreht werden, ohne dass es zu einem Kontakt der beiden Vorsprünge 12, 15 und damit zu einem Umschalten der Getriebestellung kommt.
Die Kupplungsbetätigungseinrichtung 6, wie bspw. in Fig. 1 schematisch dargestellt, weist vorzugweise eine Rampenbetätigung auf, die mit dem Ausrücklager 5 verbunden ist / mit diesem zusammenwirkt. Dadurch wird bei einem Verdrehen des Außenabschnitts 20 eine axiale Bewegung des Ausrücklagers 5 bewirkt. Alternativ dazu kann die Kupp- lungsbetätigungseinrichtung 6 jedoch auch ein hydraulisches Betätigungssystem umfassen, mittels dem das Ausrücklager 5 verschiebbar ist.
Die Erfindung betrifft weiterhin auch einen Antriebsstrang mit einer Betätigungsvorrichtung 1 nach der oben beschriebenen Ausführungsform, mit einer mit der Kupplungsbetä- tigungseinrichtung (6) der Betätigungsvorrichtung (1 ) verbundenen Kupplung (2) und mit einem mit der Getriebebetätigungseinrichtung (8) der Betätigungsvorrichtung (1 ) verbundenen Getriebe, welches Getriebe vorzugsweise als Doppelkupplungsgetriebe
(PSG/ASG) ausgeführt ist.
In anderen Worten ist somit eine Betätigungsvorrichtung 1 / Antriebseinheit ausgeführt, die einen Motor 4, vorzugsweise einen Elektromotor, sowie eine Antriebswelle 3 umfasst. Auch sind zwei Ausgänge auf mindestens einer Abtriebswelle, vorzugsweise mit Getriebe, vorzugsweise auf je einer Abtriebswelle mit je einem Getriebe, vorhanden, wobei der getriebeseitige Ausgang mindestens ein Element (Nocken Antriebseinheit/ erster Vorsprung 12 der Schaltwalze 7) aufweist, mit dem die Schaltwalze 7 in einer Richtung (Schaltrichtung) verdreht werden kann und der kupplungsseitige Ausgang einen Freilauf aufweist, dessen Schließrichtung der Schaltrichtung entgegengesetzt ist. Eine Schaltwalze 7 ist dabei weiterhin umfasst mit mindestens einem Schaltnocken (Nocken / zweiter Vorsprung 15 der Schaltwalze 7), wobei die Anzahl der Elemente vorzugsweise der Anzahl der Elemente auf dem getriebeseitigen Antrieb der Antriebseinheit entspricht. Dadurch wird eine variable Anzahl an Schaltstellungen umgesetzt.
Außerdem ist eine Kupplungsbetätigungseinrichtung 6 / einer Kupplungsbetätigung möglich, die eine Schnittstelle zum kupplungsseitigen Freilauf aufweist. Mittels zweier erfindungsgemäßer Einheiten kann ein Doppelkupplungsgetriebe mit nur zwei Aktoren (zwei Getriebe- und Kupplungsaktoren), je einer pro Teilgetriebe, bedient werden. Zum Schaltvorgang wird der Motor 4 / der Antriebsmotor in Schaltrichtung (gegen den Uhrzeigersinn bspw.), in die nächste Schaltstellung verdreht (I. II.; II. III.; III. IV.; IV. -» I. - Mehrfachschaltungen bspw. I. -> III. sind möglich). Die Belegung der Schaltstellungen entspricht nicht zwangsläufig den Gängen, bspw. I. = zweiter Gang des Getriebes; III. = Rückwärtsgang des Getriebes; III. = vierter Gang des Getriebes; V. = sechster Gang des Getriebes, somit ist in Schaltrichtung bspw. IV. -> I. eine zügige Gangänderung vom sechsten in den zweiten Gang möglich.
Sobald der Motor 4 / der Antriebsmotor in Richtung Kupplungsbetätigung gedreht / ein Moment angelegt wird, bspw. nach Schaltvorgang, wird die Kupplungsbetätigung über den Freilauf mit gedreht (im Uhrzeigersinn) und die Kupplung 2 betätigt. Hierbei wird der Nocken der Antriebseinheit (erster Vorsprung 12) von dem Nocken der Schaltwalze 7 (zweiter Vorsprung 15) weggedreht - es entsteht ein Freiwinkel. Die Kupplungsbetätigung erfolgt gegen eine Kupplungskennlinie (Kennlinie der Rückstellfeder 23). Diese Feder/Rückstellfeder bedingt bei Wegnahme des Moments eine Rückdrehung des Antriebsmotors 4. Aufgrund des entstandenen Freiwinkels ist die Rückdrehung möglich ohne einen Schaltvorgang zu verursachen.
Bezugszeichenliste
Betätigungsvorrichtung
Kraftfahrzeugkupplung
Antriebswelle
Motor
Ausrücklager
Kupplungsbetätigungseinrichtung
Schaltwalze
Getriebebetätigungseinrichtung
erster Verstellbereich
zweiter Verstellbereich
Motorgehäuse
erster Vorsprung
erste Kontaktfläche
zweite Kontaktfläche
zweiter Vorsprung
Drehachse
Pfeil erste Drehrichtung
Pfeil zweite Drehrichtung
Innenabschnitt
Außenabschnitt
Sperrelement
Aussparung
Rückstellfeder

Claims

Patentansprüche
Betätigungsvorrichtung (1 ) für das Wählen und/oder Schalten einer Übersetzungsstufe eines Kraftfahrzeuggetriebes und das Ein- und/oder Ausrücken einer Kraftfahrzeugkupplung, mit einem Motor (4), der zum Drehen einer Antriebswelle (3) ausgelegt ist, einer ein Ausrücklager (5) einer Kupplung (2) steuernden Kupplungsbetätigungseinrich- tung (6) und einer Gänge eines Getriebes wählenden und schaltenden, eine Schaltwalze (7) aufweisenden Getriebebetätigungseinrichtung (8), wobei die Kupplungsbetäti- gungseinrichtung (6) und die Getriebebetätigungseinrichtung (8) bei einem Verdrehen der Antriebswelle (3) betätigbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (3) zwei Verstellbereiche (9, 10) aufweist, von denen ein erster Verstellbereich (9) verstellend auf die Schaltwalze (7) und ein zweiter Verstellbereich (10) verstellend auf die Kupplungsbetätigungseinrichtung (6) einwirkt.
Betätigungsvorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der erste Verstellbereich (9) als ein sich in radialer Richtung erstreckender erster Vorsprung (12), etwa als Nocken, ausgebildet ist, der zum Verdrehen der Schaltwalze (7) in einer ersten Drehrichtung (17) der Ausgleichswelle (3) an einer Gegenkontur der Schaltwalze (7) formschlüssig anlegbar ist.
Betätigungsvorrichtung (1 ) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenkontur als ein an der Schaltwalze (7) angeordneter, sich in radialer Richtung erstreckender, den ersten Vorsprung (12) entlang des Umfangs der Antriebswelle (3) hintergreifender, zweiter Vorsprung (15) ausgeführt ist und/oder der erste Vorsprung (12) um einen bestimmten Freiwinkel in einer der ersten Drehrichtung (17) entgegen gesetzten zweiten Drehrichtung (18) von der Gegenkontur wegbewegbar ist.
Betätigungsvorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Verstellbereich (10) durch einen Freilauf ausgebildet ist, wobei ein Innenabschnitt (19) des Freilaufs drehfest mit der Antriebswelle (3) verbunden ist und ein Außenabschnitt (20) des Freilaufs, mit dem der Innenabschnitt (19) in zumindest einer Drehrichtung (17, 18) der Ausgleichswelle (3) formschlüssig oder kraftschlüssig verbunden ist, drehfest mit der Kupplungsbetätigungseinrichtung (6) verbunden ist.
Betätigungsvorrichtung (1 ) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenabschnitt (19) zumindest ein Sperrelement (21 ) aufweist, das als ein in radialer Richtung gegenüber dem Außenabschnitt (20) elastisch verformbares Federelement ausgestaltet ist und/oder der Außenabschnitt (20) ringförmig ausgestaltet ist und meh- rere radiale Ausnehmungen (22) aufweist, in die das Sperrelement (21 ) in einer Drehrichtung (17, 18) der Antriebswelle (3) formschlüssig eingreift.
6. Betätigungsvorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Verstellbereich (9) und der zweite Verstellbereich (10) je in eine Drehrichtung (17, 18) der Antriebswelle (3) antreibend auf die Kupplungsbetatigungseinnchtung oder die Schaltwalze einwirken, und/oder der erste Verstellbereich (9) und der zweite Verstellbereich (10) derart ausgestaltet und an der Antriebswelle (3) angeordnet sind, dass der erste Verstellbereich (9) in einer ersten Drehrichtung (17) der Antriebswelle (3) die Schaltwelle (7) antreibt, der zweite Verstellbereich (10) in einer, der ersten Drehrichtung (17) entgegengesetzten, zweiten Drehrichtung (18) der Antriebswelle (3) die Kupplungsbetatigungseinnchtung (6) antreibt.
7. Betätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Verstellbereich (9) an einem ersten Endbereich der Antriebswelle (3) angeordnet ist und der zweite Verstellbereiche (10) an einem zweiten, dem ersten gegenüberliegenden Endbereich der Antriebswelle (3) angeordnet ist.
8. Betätigungsvorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Verstellbereich (9) beim Antreiben der Schaltwelle (7) in Abhängigkeit vom Drehwinkel verstellbar ist, wobei der erste Verstellbereich (9) in mehrere, in bestimmten Winkelabständen voneinander beabstandeten Drehstellungen verdrehbar ist und jeder Drehstellung eine Schaltstellung der Schaltwalze (7) zugeordnet ist.
9. Betätigungsvorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsbetätigungseinrichtung (6) weiterhin eine Rampenbetätigungseinheit mit Ausrücklager (5) oder ein hydraulisches Betätigungssystem umfasst.
10. Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, mit einer Betätigungsvorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 sowie einer mit der Kupplungsbetätigungseinrichtung (6) der Betätigungsvorrichtung (1 ) verbundenen Kupplung (2) und einem mit der Getriebebetätigungseinrichtung (8) der Betätigungsvorrichtung (1 ) verbundenen Getriebe.
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