WO2024126705A1 - Betätigungsvorrichtung für eine getriebevorrichtung - Google Patents

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WO2024126705A1
WO2024126705A1 PCT/EP2023/085864 EP2023085864W WO2024126705A1 WO 2024126705 A1 WO2024126705 A1 WO 2024126705A1 EP 2023085864 W EP2023085864 W EP 2023085864W WO 2024126705 A1 WO2024126705 A1 WO 2024126705A1
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output
shaft
actuating
designed
transmission
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PCT/EP2023/085864
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Martin Ruider
Veit HECKEL
Bastian Schuh
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Zf Friedrichshafen Ag
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    • F16H61/26—Generation or transmission of movements for final actuating mechanisms
    • F16H61/28—Generation or transmission of movements for final actuating mechanisms with at least one movement of the final actuating mechanism being caused by a non-mechanical force, e.g. power-assisted
    • F16H61/2807—Generation or transmission of movements for final actuating mechanisms with at least one movement of the final actuating mechanism being caused by a non-mechanical force, e.g. power-assisted using electric control signals for shift actuators, e.g. electro-hydraulic control therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16H2061/2823—Controlling actuator force way characteristic, i.e. controlling force or movement depending on the actuator position, e.g. for adapting force to synchronisation and engagement of gear clutch
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16H61/32—Electric motors actuators or related electrical control means therefor

Definitions

  • the invention relates to an actuating device for a transmission device, which has an actuator which is designed to generate a movement in order to move a transmission element of the transmission device, in particular a shift fork, wherein the actuating device has a determining device which is designed to determine an actuating signal describing an actuating state of the transmission element.
  • Actuating devices for transmission devices are generally known from the prior art, for example for the actuation of transmission elements, in particular claw elements of claw clutches.
  • an actuator is provided which generates a rotary movement, for example by means of an electric motor, which can be translated into a linear movement via various elements of the actuating device.
  • a shift fork which is in engagement with the transmission element to be actuated can be moved by means of the actuating device.
  • spring devices in the torque path can be used to ensure that the actuator can be moved between a starting position and an end position in any case, even if a so-called Tooth-on-tooth position.
  • the spring device is tensioned so that after the tooth-on-tooth position is released by relaxing the spring device, the gear element can be moved into its closed state or engaged state.
  • the actuator can therefore be operated without taking into account any blocking conditions that may occur, which makes controlling the actuator much easier. Determination devices that only rely on the operating state of the actuator or the position of the actuator cannot therefore enable an absolute determination of the state of the gear element if a spring device, for example a spring element, is located in the torque path of the actuating device.
  • the invention is based on the object of specifying an improved actuating device for a transmission device, in which in particular a clear state determination is possible even when using a spring device.
  • the invention relates to an actuating device for a transmission device, for example a switchable transmission of a motor vehicle.
  • the actuating device is designed to move a transmission element of the transmission device, for example a shift fork.
  • the actuating device can thus move the described transmission element into at least two different switching positions, in particular an open position and a closed position.
  • the described transmission element can be connected to at least one further transmission element, for example a shift claw of the transmission device, so that the movement of the previously described transmission element can also move the shift claw into the described switching states.
  • an actuation state of the transmission element can be determined by means of a actuation signal.
  • the determination device is designed to determine the actuation signal describing an actuation state of the transmission element.
  • the determination device has a first detection device which is designed to detect first alignment information describing an orientation, in particular an angle of rotation, of a drive-side drive element and a second detection device which is designed to detect second alignment information describing an orientation, in particular an angle of rotation, of an output-side output element, wherein the drive element and the output element are coupled by means of a spring device, wherein the determination device is designed to determine the actuation state based on the first alignment information and the second alignment information.
  • a higher-level determination device is provided to determine the actuation state of the transmission element. The determination of the actuation state takes place based on the information which is detected by means of the first detection device and the second detection device.
  • the first detection device is assigned to the drive-side drive element and can detect first alignment information that describes the alignment of the drive-side drive element.
  • the drive-side drive element can be a first shaft, a first shaft part or a machine element on a first shaft or a first shaft part, for example a first gear or a first gear segment.
  • the first detection device can detect the alignment of the drive element, for example its current angle of rotation or a change in the angle of rotation.
  • the second detection device is assigned to the output-side output element and is designed to detect its alignment, namely to detect second alignment information that describes the alignment of the output-side output element.
  • the output element can also be a second shaft, a second shaft part or a machine element on a second shaft or a second shaft part, for example a second gear or a second gear segment.
  • the drive element on the drive side and the output element on the output side can be arranged on the same shaft, which is divided into different shaft parts, for example. It is also possible for the drive element and output element to be arranged on different shafts that lie in the same torque path. In other words, a movement is generated by means of the actuator described above, which is first directed into the drive element on the drive side and then into the output element on the output side.
  • the drive element is arranged closer to the actuator than the output element, with the output element being closer to the gear element to be actuated than the drive element.
  • the spring device is located in the torque path between the drive element and the output element.
  • the drive element and the output element are coupled, for example directly or indirectly, by means of the spring device.
  • the spring device transmits the torque introduced into the drive element to the output element.
  • the spring device can be arranged in any part of the torque path, as long as the spring device is arranged between the drive element and the output element in order to transmit the movement from the drive element to the output element accordingly.
  • the spring device does not necessarily have to be arranged directly on the drive element and/or the output element, although this is also possible.
  • the drive element can be moved by the actuator into its end position, whereby the spring device is preloaded when the output element is held in place due to the relative movement between the drive element and the output element.
  • the relative movement occurs between the drive element and the output element held in the blocking condition, which relative movement is permitted by the spring device, but leads to a preload of the spring device.
  • the blocking condition described above is resolved, for example a tooth-on-tooth position is resolved by turning the gear elements, the The spring device must be relaxed again and the output element must also be moved to its end position.
  • the first detection device and the second detection device can all describe the previously described states, since both the first alignment information of the drive element and the second alignment information of the output element are detected. It is therefore immediately possible to detect the current state of the drive element and the current state of the output element, so that the actuating device or the transmission device, in particular the transmission element, can be clearly determined.
  • the spring device can be specifically selected so that the torque can be transmitted in a regular operating state without any significant compression of the spring device. In other words, the spring hardness of the spring device is selected so that the spring device only compresses insignificantly when actuating forces or torques normally occur, and the torque can thus be transmitted from the drive element to the output element via the spring device.
  • the torque input into the spring device exceeds a certain limit torque, whereby the spring device is preloaded. This is particularly possible when the output element is held in place and movement of the output element is therefore not possible. As described, the output element is then moved to its end position by the pre-tensioned spring device when the blocking state is released.
  • the second detection device detects the second alignment information, which describes the alignment of the output element.
  • the second detection device can be designed to detect the second alignment information on an output section of an output shaft of the actuating device, which is designed as an output element and which is connected, in particular directly, to the transmission element.
  • the "output shaft" of the actuating device is understood to be the shaft which supplies the torque from the actuating device to the transmission element to be actuated.
  • the output shaft for example, leads at least with a section of a housing of the actuating device so that the torque can be transmitted from the output shaft to the transmission element.
  • the output shaft carries, for example, a specific machine element, for example a gear or gear segment, which is connected to a corresponding toothing on the transmission element, for example a shift fork. It is also possible to provide an indirect connection between the transmission element and the output shaft, for example a further gear stage.
  • the design enables detection, namely the detection of the second alignment information by the second detection device, to take place on the part of the actuating device that is connected to the gear element to be actuated.
  • the output shaft or an output element of the output shaft can be understood as the part of the actuating device that is arranged furthest on the output side.
  • the actuator can have an actuator shaft that is coupled to the output shaft of the actuating device directly or by means of an intermediate shaft, wherein the actuator shaft or the intermediate shaft or the output shaft is designed in two parts, wherein a first shaft part on the drive side is designed as a drive element and a second shaft part on the output side is designed as an output element and the first shaft part is coupled to the second shaft part by means of the spring device.
  • the described embodiment proposes a two-part shaft that has a first shaft part and a second shaft part.
  • the first shaft part can be understood as the drive element in the context of this application and the second shaft part as the output element. As described at the beginning, the drive element and the output element remain coupled to one another via the spring device.
  • the two-part shaft can be designed as an actuator shaft, an intermediate shaft or an output shaft as long as the previously defined conditions of the torque path are maintained, namely that torque is introduced into the drive part on the drive side by the actuator and discharged via the output part.
  • the drive element is arranged in the direction of torque flow or in the torque path before the spring device and the output element is arranged in the torque flow or in the torque path after the spring device.
  • the machine elements before and after the spring device can be directly the drive element and the output element, although this is possible and is particularly advantageous in the two-part design of the shaft, with a first shaft part and a second shaft part.
  • the shaft parts can, however, be coupled to other machine elements, for example gears or gear segments that are arranged on other shafts and on which the alignment information is recorded.
  • the term “shaft part” can also be understood as "shaft section”.
  • first shaft part and the second shaft part can be coupled to one another directly or indirectly by means of the spring device. This enables the first shaft part, which is arranged on the drive side, to perform a relative movement to the second shaft part when the second shaft part, which is arranged on the output side, is blocked, which relative movement preloads the spring device.
  • the first shaft part can have a bushing and the second shaft part can have a mandrel engaging in the bushing, or the second shaft part can have a bushing and the first shaft part can have a mandrel engaging in the bushing, wherein a spring element of the spring device is arranged between the first and the second shaft part, in particular between an inner surface of the bushing and an outer surface of the mandrel, the first end of which is connected to the first shaft part and the second end of which is connected to the second shaft part.
  • the proposed design essentially provides a torsion bar, the input of which is designed as a first shaft part and the output as a second shaft part.
  • the first shaft part can optionally be designed as a bushing and the second
  • the first shaft part can be designed as a mandrel or the second shaft part as a bushing and the first shaft part as a mandrel.
  • the mandrel engages in the bushing in such a way that the mandrel is surrounded by an inner surface of the bushing.
  • the spring element of the spring device can be located between the bushing and the mandrel and is pre-tensioned in the manner of a torsion spring due to a relative movement, namely a twist, between the first shaft part and the second shaft part.
  • the spring device can have at least one torsion spring element, in particular a clamped leg spring.
  • a first end can be connected to the first shaft part and a second end to the second shaft part, or generally a first end to the drive element and a second end to the output element.
  • the spring device can in principle also be integrated into machine elements other than the shaft, for example with a first end on a gear or gear segment that is connected to the drive element and with a second end on a shaft or a gear or gear segment that is connected to the output element.
  • the spring device it is possible for the spring device to allow a relative movement between the drive element and the output element in both directions of rotation, for example if the gear element is to be moved from an initial state in a first direction and a second direction opposite to the first direction, for example in two opposite switching states relative to an intermediate neutral state. It is also possible that the spring device or the actuating device is designed in such a way that only a single direction of rotation is provided, starting from a first switching state to a second switching state and the reverse movement back.
  • An output gearwheel that meshes with the transmission element can be arranged on the output shaft, the output shaft being coupled to the actuator by means of at least one input gearwheel or input gearwheel segment, in particular by means of an intermediate shaft.
  • the output shaft is understood to be the shaft that is arranged on the output side and by means of which the torque is output from the actuating device.
  • the torque is transferred from the output shaft via the output gear, specifically introduced into the transmission element.
  • the torque is introduced into the output shaft via the input gear or the input gear segment.
  • the input gear or the input gear segment can represent the drive element and the output gear the output element, which are coupled by means of the spring device.
  • the output shaft can be designed in two parts, as described above, whereby the first shaft part can have the input gear or the input gear segment and the second shaft part can have the output gear.
  • the input gear segment can in turn be coupled to various machine elements of the actuating device, for example a gear or gear segment on an intermediate shaft or a gear on an actuator shaft of the actuator, in particular a rotor shaft of an electric machine.
  • the input gear segment described can have a segment angle between 20° and 180°, in particular between 30° and 90°.
  • the segment angle of the input gear can be selected as narrow as possible, for example for reasons of installation space, in order to be sufficient for the movement of the gear element, but not to take up unnecessary installation space.
  • the actuator and the detection device, in particular the detection devices, and the drive element can be arranged within a common housing and the output element, in particular the output section of the output shaft, can be guided out of the housing at least in sections.
  • the output element or a part connected to the output element, in particular a section of the output shaft that is connected to the output element can be guided out of the housing.
  • the other devices, in particular the actuator, the first detection device, the second The detection device, if applicable the intermediate shaft and the spring device are provided in a common housing of the actuating device.
  • the actuating device can thus be provided as a module or as a partial assembly and integrated into a transmission device.
  • the output shaft which must be coupled to the transmission element, forms the only interface to the outside.
  • the other devices described above form components of the actuating device and are arranged together in the common housing.
  • angle of rotation sensors are used as the detection device, which can also be arranged in the common housing.
  • the angle of rotation sensors can, for example, detect angles of rotation or changes in the angles of rotation of the shafts that the drive element and the drive element have or are designed as such.
  • the actuating device can also have a control device which can be provided, for example in the form of a microcontroller, on a circuit board within the common housing.
  • the corresponding connections between the detection devices, the detection device and the control device can also be provided within the common housing.
  • the detection devices and the detection device can be at least partially integrated into the control device.
  • the actuating device can have an external data interface by means of which signals, for example the determined actuation state, can be fed from the actuating device to at least one higher-level control device.
  • the invention relates to a transmission device comprising an actuating device as described above.
  • the invention further relates to a method for operating an actuating device for a transmission device, which has an actuator which is designed to generate a movement in order to move a transmission element of the transmission device, in particular a shift fork, wherein the actuating device has a determination device which is designed to determine an actuating state of the transmission element to determine an actuation signal describing an orientation, in particular an angle of rotation, of a drive-side drive element, wherein a first detection device of the determination device detects first alignment information describing an orientation, in particular an angle of rotation, of a drive-side output element, and a second detection device of the determination device detects second alignment information describing an orientation, in particular an angle of rotation, of an output-side output element, wherein the drive element and the output element are coupled by means of a spring device, wherein the actuation state is determined based on the first alignment information and the second alignment information.
  • Fig. 1 shows an actuating device for a transmission device
  • Fig. 2 is a sectional view of a section of an actuating device
  • Fig. 3 is a perspective view of the section of Fig. 2.
  • Fig. 1 shows an actuating device 1 for a transmission device (not shown in detail), for example a switchable transmission of a motor vehicle.
  • the actuating device 1 comprises an actuator 2, which is designed to generate a movement in order to move a transmission element 3 of the transmission device, for example a shift fork.
  • the actuating device 1 also has a determination device 4, which is designed to determine an actuating signal that describes the actuating state of the transmission element 3.
  • the actuating signal describes the switching state in which the transmission element 3 is set.
  • the determination device has a first detection device 5 and a second detection device 6.
  • the first detection device 5 is designed to detect a first alignment information that describes an orientation, in particular an angle of rotation, of a drive-side drive element 7.
  • the second detection device 6 is designed to detect a second alignment information that describes an orientation, in particular an angle of rotation, of an output-side output element 8.
  • the drive-side drive element 7 is arranged on an intermediate shaft with which the movement of the actuator 2 is transmitted, wherein the output-side output element 8 is arranged on the output shaft of the actuating device 1.
  • the torque is transmitted from the actuator 2 to the intermediate shaft and from the intermediate shaft, in particular by means of a gear, to a gear or, as shown in this exemplary embodiment, a gear segment, which is arranged on the output shaft.
  • the drive element 7 and the output element 8 are coupled to one another via a spring device 9.
  • the detection device 4 is designed to detect the actuation state described above based on the first alignment information and the second alignment information.
  • the first detection device 5 detects the alignment of the drive element 7, so that when the actuation state changes, for example a movement of the gear element 3 from an engaged state to a disengaged state or from a disengaged state to an engaged state, the alignment of the drive element 7 is changed because the rotary movement of the actuator 2 is transmitted via the drive element 7.
  • the spring device 9 enables the actuator 2 to always be moved to its end position, regardless of whether blocking states occur on the part of the gear element 3, for example so-called tooth-on-tooth positions, in a gear element 3 designed as a claw element.
  • the actuator 2 can perform the complete movement without having to be stopped. If a previously described blocking position or a blocking state occurs on the gear element 3, which prevents the gear element 3 from being moved into the engaged state, the spring device 9 is preloaded by moving the drive element 7 relative to the held output element 8. If the blocking state is then released, for example by releasing the tooth-on-tooth position, the gear element 3 is transferred into the engaged state while the preload of the spring device 9 is reduced.
  • the first detection device 5 makes it possible to detect the state of the actuator 2, for example whether it has assumed its end position for the respective actuation state. Since the drive element 7 and the output element 8 are coupled to one another via the spring device 9, but a fixed connection is decoupled, the second detection device 6 can detect the actuation state of the gear element 3. In other words, the first detection device 5 can detect that the actuator 2 has reached its end position, but the first detection device 5 alone cannot output an absolutely defined state of the gear element 3 since, as described, the spring device 9 can decouple the transmission of the movement.
  • the orientation of the output element 8 is also detected by the second detection device 6 independently of the first detection device 5, the state of the actuating device 1 or the gear element 3 can also be detected when decoupling occurs and thus, for example, a blocking state and its resolution can also be detected.
  • Fig. 1 it is shown that the drive element 7 and the output element 8 are arranged on different shafts of the actuating device 1.
  • Fig. 2, 3 show an alternative embodiment in which the drive element 7 and the output element 8 form different shaft sections of a common shaft.
  • the drive element 7 forms a first shaft section which provides a bushing 10.
  • a dome 11 of the output element 8 engages in the bushing 10, which forms a second shaft section.
  • the first The first shaft section and the second shaft section and thus the drive element 7 and the output element 8 are coupled to one another via the spring device 9, as was previously described.
  • the assignment of the bushing 10 and the mandrel 11 to the drive side and output side is arbitrarily reversible.
  • Fig. 1 it is shown that the drive element 7 and the output element 8 are arranged on different shafts of the actuating device 1.
  • Fig. 2, 3 show an alternative embodiment in which the drive element 7 and the output element 8 form different shaft sections of a common shaft.
  • the drive element 7 forms a first shaft
  • the spring device 9 is directly connected to the drive element 7, only the output element 8.
  • an indirect coupling of the spring device 9 to the drive element 7 and the output element 8 takes place, since these are coupled to one another via gears or gear segments on which the spring device 9 is arranged.
  • the two shaft sections or the drive element 7 together with the output element 8 and the spring device 9 form a torsion bar.
  • the spring device 9 is designed in terms of its spring hardness so that normal movements of the actuator 2 can be transmitted to change the actuation state of the gear element 3 without causing any significant compression of the spring device 9.
  • the spring hardness of the spring device 9 is above forces or torques that occur in regular operation of the actuating device 1.
  • the output element 8 that is engaged with or coupled to the gear element 3 is held on the output side or output side.
  • the torque between the drive element 7 and the output element 8 exceeds a certain threshold value, so that the spring device 9 can be deformed and thus preloaded, as described above.
  • the shaft made up of the two shaft sections shown in Fig. 2 and 3 as a drive shaft, intermediate shaft or output shaft.
  • an intermediate shaft may be dispensed with.
  • the actuating device 1 can be part of a transmission device.
  • the method described above is possible with the actuating device 1 All advantages, details and features described in the individual embodiments are fully transferable, combinable and interchangeable.

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Abstract

Betätigungsvorrichtung (1) für eine Getriebevorrichtung, die einen Aktor (2) aufweist, der dazu ausgebildet ist, eine Bewegung zu erzeugen, um ein Getriebeelement (3) der Getriebevorrichtung, insbesondere eine Schaltgabel, zu bewegen, wobei die Betätigungsvorrichtung (1) eine Ermittlungsvorrichtung (4) aufweist, die dazu ausgebildet ist, ein einen Betätigungszustand des Getriebeelements (3) beschreibendes Betätigungssignal zu ermitteln, wobei die Ermittlungsvorrichtung (4) eine erste Erfassungseinrichtung (5) aufweist, die dazu ausgebildet ist, eine eine Ausrichtung, insbesondere einen Drehwinkel, eines antriebsseitigen Antriebselements (7) beschreibende erste Ausrichtungsinformation zu erfassen und eine zweite Erfassungseinrichtung (6) aufweist, die dazu ausgebildet ist, eine eine Ausrichtung, insbesondere einen Drehwinkel, eines abtriebsseitigen Abtriebselements (8) beschreibende zweite Ausrichtungsinformation zu erfassen, wobei das Antriebselement (7) und das Abtriebselement (8) mittels einer Federeinrichtung (9) gekoppelt sind, wobei die Ermittlungsvorrichtung (4) dazu ausgebildet ist, den Betätigungszustand basierend auf der ersten Ausrichtungsinformation und der zweiten Ausrichtungsinformation zu ermitteln.

Description

Betätigungsvorrichtung für eine Getriebevorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Betätigungsvorrichtung für eine Getriebevorrichtung, die einen Aktor aufweist, der dazu ausgebildet ist, eine Bewegung zu erzeugen, um ein Getriebeelement der Getriebevorrichtung, insbesondere eine Schaltgabel, zu bewegen, wobei die Betätigungsvorrichtung eine Ermittlungsvorrichtung aufweist, die dazu ausgebildet ist, ein einen Betätigungszustand des Getriebeelements beschreibendes Betätigungssignal zu ermitteln.
Betätigungsvorrichtungen für Getriebevorrichtungen, im Speziellen Getriebevorrichtungen für Kraftfahrzeuge, sind grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt, zum Beispiel für die Betätigung von Getriebeelementen, insbesondere Klauenelementen von Klauenkupplungen. Hierbei wird beispielsweise ein Aktor bereitgestellt, der eine Drehbewegung, zum Beispiel mittels eines Elektromotors, erzeugt, die über verschiedene Elemente der Betätigungsvorrichtung in eine Linearbewegung übersetzt werden können. Zum Beispiel kann mittels der Betätigungsvorrichtung eine Schaltgabel bewegt werden, die in Eingriff mit dem zu betätigenden Getriebeelement steht.
Dabei ist aus dem Stand der Technik ferner bekannt, dass eine Überwachung des Zustands der Betätigungsvorrichtung bzw. des zu betätigenden Getriebeelements vorteilhaft für das Betreiben der Getriebevorrichtung ist. Mit anderen Worten ist es vorteilhaft, ermitteln zu können, ob das Getriebeelement in einen gewünschten Zustand gestellt wurde bzw. in welchem Zustand das Getriebeelement aktuell steht. Dabei sind verschiedene Ansätze aus dem Stand der Technik bekannt, beispielsweise eine axiale Wegmessung, die die axiale Position bzw. eine axiale Wegänderung des Getriebeelements entlang der Drehachse der Getriebevorrichtung erfassen kann. Eine derartige axiale Wegmessung in einer Getriebevorrichtung umzusetzen, ist jedoch aufwendig.
Ferner können Federeinrichtungen im Drehmomentpfad dazu verwendet werden, dass der Aktor in jedem Fall zwischen einer Ausgangsstellung und einer Endstellung verfahren werden kann, auch wenn sich an dem Getriebeelement eine sogenannte Zahn-auf-Zahn-Stellung einstellt. In diesem Fall wird die Federeinrichtung gespannt, sodass sich nach Auflösen der Zahn-auf-Zahn-Stellung durch Entspannen der Federeinrichtung das Getriebeelement in seinen Schließzustand bzw. eingelegten Zustand bewegen lässt. Der Aktor kann daher ohne Rücksicht auf auftretende Blockierzustände betrieben werden, was die Ansteuerung des Aktors erheblich vereinfacht. Ermittlungsvorrichtungen, die nur auf den Betriebszustand des Aktors bzw. die Stellung des Aktors abstellen, können daher keine absolute Zustandsbestimmung des Getriebeelements ermöglichen, falls sich eine Federeinrichtung, zum Beispiel ein Federelement, im Drehmomentpfad der Betätigungsvorrichtung befindet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine demgegenüber verbesserte Betätigungsvorrichtung für eine Getriebevorrichtung anzugeben, bei der insbesondere eine eindeutige Zustandsbestimmung auch bei Verwenden einer Federeinrichtung möglich ist.
Die Aufgabe wird durch eine Betätigungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Wie beschrieben, betrifft die Erfindung eine Betätigungsvorrichtung für eine Getriebevorrichtung, zum Beispiel ein schaltbares Getriebe eines Kraftfahrzeugs. Die Betätigungsvorrichtung ist dazu ausgebildet, ein Getriebeelement der Getriebevorrichtung, zum Beispiel eine Schaltgabel, zu bewegen. Die Betätigungsvorrichtung kann das beschriebene Getriebeelement somit in wenigstens zwei verschiedene Schaltstellungen bewegen, insbesondere eine geöffnete Stellung und eine geschlossene Stellung. Das beschriebene Getriebeelement kann mit wenigstens einem weiteren Getriebeelement, zum Beispiel einer Schaltklaue der Getriebevorrichtung in Verbindung stehen, sodass durch die Bewegung des zuvor beschriebenen Getriebeelements auch die Schaltklaue in die beschriebenen Schaltzustände bewegt werden kann.
Mittels der Betätigungsvorrichtung, insbesondere der ihr zugeordneten Ermittlungsvorrichtung oder einer Ermittlungsvorrichtung, die Bestandteil der Betätigungsvorrichtung ist, kann ein Betätigungszustand des Getriebeelements mittels eines Betätigungssignals beschrieben werden. Mit anderen Worten ist die Ermittlungsvorrichtung dazu ausgebildet, das einen Betätigungszustand des Getriebeelements beschreibende Betätigungssignal zu ermitteln.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die Ermittlungsvorrichtung eine erste Erfassungseinrichtung aufweist, die dazu ausgebildet ist, eine eine Ausrichtung, insbesondere einen Drehwinkel, eines antriebsseitigen Antriebselements beschreibende erste Ausrichtungsinformation zu erfassen und eine zweite Erfassungseinrichtung aufweist, die dazu ausgebildet ist, eine eine Ausrichtung, insbesondere einen Drehwinkel, eines abtriebsseitigen Abtriebselements beschreibende zweite Ausrichtungsinformation zu erfassen, wobei das Antriebselement und das Abtriebselement mittels einer Federeinrichtung gekoppelt sind, wobei die Ermittlungsvorrichtung dazu ausgebildet ist, den Betätigungszustand basierend auf der ersten Ausrichtungsinformation und der zweiten Ausrichtungsinformation zu ermitteln. Mit anderen Worten wird eine übergeordnete Ermittlungsvorrichtung bereitgestellt, um den Betätigungszustand des Getriebeelements zu ermitteln. Die Ermittlung des Betätigungszustand erfolgt basierend auf den Informationen, die mittels der ersten Erfassungseinrichtung und der zweiten Erfassungseinrichtung erfasst werden.
Dabei ist die erste Erfassungseinrichtung dem antriebsseitigen Antriebselements zugeordnet und kann eine erste Ausrichtungsinformation erfassen, die die Ausrichtung des antriebsseitigen Antriebselements beschreibt. Zum Beispiel kann das antriebsseitige Antriebselement eine erste Welle, ein erster Wellenteil oder ein Maschinenelement auf einer ersten Welle oder einem ersten Wellenteil, zum Beispiel ein erstes Zahnrad oder ein erstes Zahnradsegment sein. Die erste Erfassungseinrichtung kann dabei die Ausrichtung des Antriebselements erfassen, zum Beispiel dessen aktuellen Drehwinkel oder eine Drehwinkeländerung. Analog dazu ist die zweite Erfassungseinrichtung dem abtriebsseitigen Abtriebselement zugeordnet und dazu ausgebildet, dessen Ausrichtung zu erfassen, nämlich eine zweite Ausrichtungsinformation zu erfassen, die die Ausrichtung des abtriebsseitigen Abtriebselements beschreibt. Zum Beispiel kann auch das Abtriebselement eine zweite Welle, ein zweiter Wellenteil oder ein Maschinenelement auf einer zweiten Welle oder einem zweiten Wellenteil, zum Beispiel ein zweites Zahnrad oder ein zweites Zahnradsegment sein. Das antriebsseitige Antriebselement und das abtriebsseitige Abtriebselement können auf derselben Welle angeordnet sein, die zum Beispiel in unterschiedliche Wellenteile unterteilt ist. Ebenso ist es möglich, das Antriebselement und Abtriebselement auf unterschiedlichen Wellen angeordnet sind, die im selben Drehmomentpfad liegen. Mit anderen Worten wird mittels des zuvor beschriebenen Aktors eine Bewegung erzeugt, die zuerst in das antriebsseitige Antriebselement und anschließend in das abtriebsseitige Abtriebselement geleitet wird. Das Antriebselement ist näher am Aktor angeordnet als das Abtriebselement, wobei das Abtriebselement näher an dem zu betätigenden Getriebeelement liegt als das Antriebselement. Die Federeinrichtung befindet sich im Drehmomentpfad zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement.
Antriebselement und Abtriebselement sind, beispielsweise direkt oder indirekt, mittels der Federeinrichtung gekoppelt. Die Federeinrichtung überträgt das Drehmoment, das in das Antriebselement eingeleitet ist, zu dem Abtriebselement. Wie ebenfalls zuvor beschrieben, kann die Federeinrichtung in einem beliebigen Teil des Drehmomentpfads angeordnet sein, solange die Federeinrichtung zwischen Antriebselement und Abtriebselement angeordnet ist, um entsprechend die Bewegung von dem Antriebselement an das Abtriebselement zu übertragen. Die Federeinrichtung muss dazu nicht notwendigerweise unmittelbar an dem Antriebselement und/oder dem Abtriebselement angeordnet sein, obwohl dies auch möglich ist.
Tritt, wie eingangs beschrieben, eine Zahn-auf-Zahn-Stellung oder ein anderweitiger Blockierzustand seitens des zu betätigenden Getriebeelements auf, kann das Antriebselement durch den Aktor in seine Endstellung bewegt werden, wodurch bei festgehaltenem Abtriebselement aufgrund der Relativbewegung zwischen Antriebselement und Abtriebselement die Federeinrichtung vorgespannt wird. Dabei tritt die Relativbewegung zwischen dem Antriebselement und dem in dem Blockierzustand festgehaltenen Abtriebselement auf, welche Relativbewegung von der Federeinrichtung zugelassen wird, jedoch zu einer Vorspannung der Federeinrichtung führt. Sobald der zuvor beschriebene Blockierzustand aufgelöst wird, zum Beispiel eine Zahn-auf- Zahn-Stellung durch Verdrehen der Getriebeelemente aufgelöst wird, kann die Federeinrichtung wieder entspannt werden und dabei auch das Abtriebselement in seine Endstellung bewegen.
Durch die erste Erfassungseinrichtung und die zweite Erfassungseinrichtung sind die zuvor beschriebenen Zustände alle beschreibbar, da sowohl die erste Ausrichtungsinformation des Antriebselements als auch die zweite Ausrichtungsinformation des Abtriebselements erfasst werden. Es ist daher unmittelbar möglich, zu erfassen, in welchem Zustand das Antriebselement und in welchem Zustand das Abtriebselement aktuell stehen, sodass eine eindeutige Bestimmung der Betätigungsvorrichtung bzw. der Getriebevorrichtung, im Speziellen des Getriebeelements, möglich ist. Die Federeinrichtung kann im Speziellen so gewählt werden, dass eine Übertragung des Drehmoments in einem regulären Betriebszustand ohne nennenswertes Einfedern der Federeinrichtung ausgeführt werden kann. Mit anderen Worten ist die Federhärte der Federeinrichtung so gewählt, dass bei üblicherweise auftretenden Betätigungskräften bzw. Drehmomenten die Federeinrichtung nur unwesentlich einfedert und somit das Drehmoment über die Federeinrichtung von dem Antriebselement auf das Abtriebselement übertragen werden kann. Tritt ein zuvor beschriebener Blockierzustand auf, übersteigt das in die Federeinrichtung eingegebene Drehmoment ein bestimmtes Grenzdrehmoment, wodurch die Federeinrichtung vorgespannt wird. Dies ist insbesondere dann möglich, wenn das Abtriebselement festgehalten wird und eine Bewegung des Abtriebselements somit nicht möglich ist. Wie beschrieben, wird das Abtriebselement dann durch die vorgespannte Federeinrichtung in seine Endstellung bewegt, wenn der Blockierzustand aufgelöst ist.
Wie beschrieben, erfasst die zweite Erfassungseinrichtung die zweite Ausrichtungsinformation, die die Ausrichtung des Abtriebselements beschreibt. Nach einer Ausgestaltung der Betätigungsvorrichtung kann die zweite Erfassungseinrichtung dazu ausgebildet sein, die zweite Ausrichtungsinformation an einem als Abtriebselement ausgebildeten Abtriebsabschnitt einer Ausgangswelle der Betätigungsvorrichtung zu erfassen, die mit dem Getriebeelement in, insbesondere direkter, Verbindung steht. Als „Ausgangswelle“ der Betätigungsvorrichtung wird diejenige Welle verstanden, die das Drehmoment aus der Betätigungsvorrichtung dem zu betätigenden Getriebeelement zuführt. Die Ausgangswelle führt beispielsweise zumindest mit einem Abschnitt aus einem Gehäuse der Betätigungsvorrichtung heraus, sodass von der Ausgangswelle das Drehmoment auf das Getriebeelement übertragen werden kann. Die Ausgangswelle trägt beispielsweise ein bestimmtes Maschinenelement, zum Beispiel ein Zahnrad oder Zahnradsegment, das mit einer entsprechenden Verzahnung auf dem Getriebeelement, zum Beispiel einer Schaltgabel, in Verbindung steht. Hierbei ist es ebenso möglich, eine indirekte Verbindung zwischen dem Getriebeelement und der Ausgangswelle vorzusehen, zum Beispiel eine weitere Getriebestufe.
Die Ausgestaltung ermöglicht, dass eine Erfassung, nämlich die Erfassung der zweiten Ausrichtungsinformation durch die zweite Erfassungseinrichtung, an dem Teil der Betätigungsvorrichtung erfolgt, der mit dem zu betätigenden Getriebeelement verbunden ist. Die Ausgangswelle bzw. ein Ausgangselement der Ausgangswelle kann als derjenige Teil der Betätigungsvorrichtung verstanden werden, der am weitesten abtriebsseitig angeordnet ist. Durch das Erfassen der zweiten Ausrichtungsinformation möglichst weit am Abtrieb der Betätigungsvorrichtung werden Toleranzen im Drehmomentpfad weitestgehend eliminiert, da diese so weit wie möglich „vor“ dem Abtriebselement liegen und somit nicht in die Erfassung durch die zweite Erfassungseinrichtung eingehen, sondern die zweite Erfassungseinrichtung die Ausrichtung des Abtriebselements möglichst direkt erfassen kann.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Betätigungsvorrichtung kann der Aktor eine Aktorwelle aufweisen, die direkt oder mittels einer Zwischenwelle mit der Ausgangswelle der Betätigungsvorrichtung gekoppelt ist, wobei die Aktorwelle oder die Zwischenwelle oder die Ausgangswelle zweiteilig ausgebildet ist, wobei ein antriebsseitiger erster Wellenteil als Antriebselement und ein abtriebsseitiger zweiter Wellenteil als Abtriebselement ausgebildet ist und der erste Wellenteil mittels der Federeinrichtung mit dem zweiten Wellenteil gekoppelt ist. Die beschriebene Ausgestaltung schlägt eine zweiteilige Welle vor, die einen ersten Wellenteil und einen zweiten Wellenteil aufweist. Der erste Wellenteil kann im Rahmen dieser Anmeldung als Antriebselement verstanden werden und der zweite Wellenteil als Abtriebselement. Wie eingangs beschrieben, verbleiben Antriebselement und Abtriebselement über die Federeinrichtung miteinander gekoppelt. Dabei kann die zweiteilige Welle beliebig als Aktorwelle, als Zwischenwelle oder als Ausgangswelle ausgebildet sein, solange die zuvor festgelegten Bedingungen des Drehmomentpfads erhalten bleiben, nämlich, dass in den Antriebsteil Drehmoment antriebsseitig durch den Aktor eingeleitet und über das Abtriebsteil ausgeleitet wird. Mit anderen Worten muss sichergestellt bleiben, dass das Antriebselement in Drehmomentflussrichtung bzw. im Drehmomentpfad vor der Federeinrichtung und das Abtriebselement im Drehmomentfluss bzw. im Drehmomentpfad nach der Federeinrichtung angeordnet ist. Wie ebenfalls zuvor beschrieben, ist es nicht erforderlich, dass die Maschinenelemente vor und nach der Federeinrichtung unmittelbar das Antriebselement und das Abtriebselement sind, wobei dies möglich und im Speziellen in der zweiteiligen Ausführung der Welle, mit erstem Wellenteil und zweitem Wellenteil vorteilhaft ist. Die Wellenteile können jedoch mit anderen Maschinenelementen gekoppelt sein, zum Beispiel Zahnräder oder Zahnradsegmente, die auf anderen Wellen angeordnete sind und an denen die Ausrichtungsinformationen erfasst werden. Der Begriff „Wellenteil“ kann auch als „Wellenabschnitt“ verstanden werden.
Wie zuvor beschrieben, kann der erste Wellenteil und der zweite Wellenteil direkt oder indirekt mittels der Federeinrichtung miteinander gekoppelt sein. Dies ermöglicht, dass der erste Wellenteil, der antriebsseitig angeordnet ist, bei einem Blockierzustand des zweiten Wellenteils, der abtriebsseitig angeordnet ist, eine Relativbewegung zu dem zweiten Wellenteil ausführen kann, durch welche Relativbewegung die Federeinrichtung vorgespannt wird. Im Speziellen kann der erste Wellenteil eine Buchse und der zweite Wellenteil einen in die Buchse eingreifenden Dorn aufweisen oder der zweite Wellenteil kann eine Buchse und der erste Wellenteil einen in die Buchse eingreifenden Dorn aufweisen, wobei zwischen dem ersten und dem zweiten Wellenteil, insbesondere zwischen einer Innenfläche der Buchse und einer Außenfläche des Dorns, ein Federelement der Federeinrichtung angeordnet ist, dessen erstes Ende mit dem ersten Wellenteil und dessen zweites Ende mit dem zweiten Wellenteil verbunden ist.
Die vorgeschlagene Ausgestaltung sieht im Wesentlichen einen Torsionsstab vor, dessen Eingang als erster Wellenteil und dessen Ausgang als zweiter Wellenteil ausgebildet ist. Hierbei kann wahlweise der erste Wellenteil als Buchse und der zweite Wellenteil als Dorn ausgebildet sein oder der zweite Wellenteil als Buchse und der erste Wellenteil als Dorn. Der Dom greift dabei in die Buchse derart ein, dass der Dorn von einer Innenfläche der Buchse umgeben ist. Zwischen der Buchse und dem Dorn kann sich das Federelement der Federeinrichtung befinden, das aufgrund einer Relativbewegung, nämlich einer Verdrehung, zwischen erstem Wellenteil und zweitem Wellenteil nach Art einer Torsionsfedern eine Vorspannung erfährt.
Wie beschrieben, kann die Federeinrichtung wenigstens ein Torsionsfederelement, insbesondere eine eingespannte Schenkelfeder, aufweisen. Wie ebenfalls zuvor beschrieben, kann dabei ein erstes Ende mit dem ersten Wellenteil und ein zweites Ende mit dem zweiten Wellenteil bzw. allgemein ein erstes Ende mit dem Antriebselement und ein zweites Ende mit dem Abtriebselement verbunden sein. Die Federeinrichtung kann grundsätzlich auch in andere Maschinenelemente als die Welle integriert sein, zum Beispiel mit einem ersten Ende an einem Zahnrad oder Zahnradsegment, das mit dem Antriebselement in Verbindung steht und mit einem zweiten Ende an einer Welle oder einem Zahnrad oder Zahnradsegment, das mit dem Abtriebselement in Verbindung steht. Grundsätzlich ist es möglich, dass die Federeinrichtung eine Relativbewegung zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement in beiden Drehrichtungen zulässt, zum Beispiel wenn das Getriebeelement ausgehend von einem Ausgangszustand in eine erste Richtung und eine der ersten Richtung entgegengesetzte zweite Richtung bewegt werden soll, zum Beispiel in zwei gegenüberliegende Schaltzustände bezogen auf einen dazwischenliegenden neutralen Zustand. Ebenso ist es möglich, dass die Federeinrichtung oder die Betätigungsvorrichtung so ausgelegt ist, dass nur eine einzige Drehrichtung ausgehend von einem ersten Schaltzustand in einen zweiten Schaltzustand und die umgekehrte Bewegung zurück vorgesehen sind.
Auf der Ausgangswelle kann ein mit dem Getriebeelement in Eingriff stehendes Ausgangszahnrad angeordnet sein, wobei die Ausgangswelle mittels wenigstens eines Eingangszahnrads oder Eingangszahnradsegments, insbesondere mittels einer Zwischenwelle, mit dem Aktor gekoppelt ist. Wie eingangs beschrieben, wird als Ausgangswelle diejenige Welle verstanden, die abtriebsseitig angeordnet ist und mittels der das Drehmoment aus der Betätigungsvorrichtung ausgeleitet wird. Mit anderen Worten wird über das Ausgangszahnrad das Drehmoment von der Ausgangswelle ausgeleitet, im Speziellen in das Getriebeelement eingeleitet. Über das Eingangszahnrad oder das Eingangszahnradsegment wird das Drehmoment in die Ausgangswelle eingeleitet. Hierbei kann das Eingangszahnrad oder das Eingangszahnradsegment das Antriebselement und das Ausgangszahnrad das Abtriebselement darstellen, die mittels der Federeinrichtung gekoppelt sind. Ebenso ist es möglich, dass die Ausgangswelle, wie zuvor beschrieben, zweiteilig ausgebildet ist, wobei der erste Wellenteil das Eingangszahnrad oder das Eingangszahnradsegment und der zweite Wellenteil das Ausgangszahnrad aufweisen kann.
Wie ebenfalls zuvor beschrieben, kann das Eingangszahnradsegment wiederum mit verschiedenen Maschinenelementen der Betätigungsvorrichtung gekoppelt sein, zum Beispiel einem Zahnrad oder Zahnradsegment auf einer Zwischenwelle oder einem Zahnrad auf einer Aktorwelle des Aktors, im Speziellen einer Rotorwelle einer elektrischen Maschine. Das beschriebene Eingangszahnradsegment kann ein Segmentwinkel zwischen 20° und180°, insbesondere zwischen 30° und 90°, aufweisen. Je nachdem, welche Übersetzung zwischen dem vorausgehenden Maschinenelement und dem Eingangszahnradsegment gewählt wird, wird die Drehbewegung, die von dem Aktor erzeugt wird, übersetzt. Dabei kann der Segmentwinkel des Eingangszahnrads, beispielsweise aus Bauraumgründen, möglichst eng gewählt werden, um für die Bewegung des Getriebeelements auszureichen, jedoch nicht unnötig Bauraum in Anspruch zu nehmen.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Betätigungsvorrichtung kann der Aktor und die Erfassungsvorrichtung, insbesondere die Erfassungseinrichtungen, und das Antriebselement innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses angeordnet sein und das Abtriebselement, insbesondere der Abtriebsabschnitt der Ausgangswelle, zumindest abschnittsweise aus dem Gehäuse geführt sein. Nach der beschriebenen Ausgestaltung kann wenigstens ein Teil des Abtriebselements oder ein mit dem Abtriebselement verbundener Teil, im Speziellen ein Abschnitt der Ausgangswelle, die mit dem Abtriebselement verbunden ist, aus dem Gehäuse geführt sein. Die übrigen Einrichtungen, insbesondere der Aktor, die erste Erfassungseinrichtung, die zweite Erfassungseinrichtung, gegebenenfalls die Zwischenwelle und die Federeinrichtung werden in einem gemeinsamen Gehäuse der Betätigungsvorrichtung bereitgestellt.
Die Betätigungsvorrichtung kann somit als Modul bzw. als Teilzusammenbau bereitgestellt werden und in eine Getriebevorrichtung integriert werden. Dadurch bildet die Ausgangswelle, die mit dem Getriebeelement in Kopplung gebracht werden muss, die einzige Schnittstelle nach außen. Die übrigen Einrichtungen, die zuvor beschrieben wurden, bilden Bestandteile der Betätigungsvorrichtung und sind gemeinsam in dem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Als Erfassungseinrichtung werden insbesondere Drehwinkelsensoren verwendet, die ebenfalls in dem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein können. Die Drehwinkelsensoren können beispielsweise Drehwinkel oder Veränderungen der Drehwinkel der Wellen erfassen, die das Antriebselement und das Antriebselement aufweisen bzw. als solche ausgebildet sind.
Die Betätigungsvorrichtung kann ferner eine Steuerungseinrichtung aufweisen, die, beispielsweise in Form eines Microcontrollers, auf einer Platine, innerhalb des gemeinsamen Gehäuses bereitgestellt werden kann. Die entsprechenden Verbindungen zwischen den Erfassungseinrichtungen, der Erfassungsvorrichtung und der Steuerungseinrichtung können entsprechend ebenfalls innerhalb des gemeinsamen Gehäuses bereitgestellt werden. Die Erfassungseinrichtungen und die Erfassungsvorrichtung können zumindest teilweise in die Steuerungseinrichtung integriert werden. Die Betätigungsvorrichtung kann eine Datenschnittstelle nach außen aufweisen, mittels der Signale, zum Beispiel der ermittelte Betätigungszustand, von der Betätigungsvorrichtung wenigstens einer übergeordneten Steuerungsvorrichtung zugeführt werden kann.
Neben der Betätigungsvorrichtung betrifft die Erfindung eine Getriebevorrichtung, umfassend eine zuvor beschriebene Betätigungsvorrichtung. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Betätigungsvorrichtung für eine Getriebevorrichtung, die einen Aktor aufweist, der dazu ausgebildet ist, eine Bewegung zu erzeugen, um ein Getriebeelement der Getriebevorrichtung, insbesondere eine Schaltgabel, zu bewegen, wobei die Betätigungsvorrichtung eine Ermittlungsvorrichtung aufweist, die dazu ausgebildet ist, ein einen Betätigungszustand des Getriebeelements beschreibendes Betätigungssignal zu ermitteln, wobei mittels einer ersten Erfassungseinrichtung der Ermittlungsvorrichtung eine eine Ausrichtung, insbesondere einen Drehwinkel, eines antriebsseitigen Antriebselements beschreibende erste Ausrichtungsinformation und mittels einer zweiten Erfassungseinrichtung der Ermittlungsvorrichtung eine eine Ausrichtung, insbesondere einen Drehwinkel, eines abtriebsseitigen Abtriebselements beschreibende zweite Ausrichtungsinformation erfasst wird, wobei das Antriebselement und das Abtriebselement mittels einer Federeinrichtung gekoppelt sind, wobei der Betätigungszustand basierend auf der ersten Ausrichtungsinformation und der zweiten Ausrichtungsinformation ermittelt wird.
Sämtliche Vorteile, Einzelheiten und Merkmale, die in Bezug auf die Betätigungsvorrichtung beschrieben wurden, sind auf die Getriebevorrichtung und das Verfahren übertragbar.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Fig. erläutert. Die Fig. sind schematische Darstellungen und zeigen:
Fig. 1 eine Betätigungsvorrichtung für eine Getriebevorrichtung;
Fig. 2 eine Schnittdarstellung eines Ausschnitts einer Betätigungsvorrichtung; und
Fig. 3 eine perspektivische Darstellung des Ausschnitt von Fig. 2.
Fig. 1 zeigt eine Betätigungsvorrichtung 1 für eine nicht näher dargestellte Getriebevorrichtung, zum Beispiel ein schaltbares Getriebe eines Kraftfahrzeugs. Die Betätigungsvorrichtung 1 umfasst einen Aktor 2, der dazu ausgebildet ist, eine Bewegung zu erzeugen, um ein Getriebeelement 3 der Getriebevorrichtung, zum Beispiel eine Schaltgabel, zu bewegen. Die Betätigungsvorrichtung 1 weist ferner eine Ermittlungsvorrichtung 4 auf, die dazu ausgebildet ist, ein Betätigungssignal zu ermitteln, das den Betätigungszustand des Getriebeelements 3 beschreibt. Beispielsweise beschreibt das Betätigungssignal, in welchen Schaltzustand das Getriebeelement 3 gestellt ist. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Ermittlungsvorrichtung eine erste Erfassungseinrichtung 5 und eine zweite Erfassungseinrichtung 6 auf. Die erste Erfassungseinrichtung 5 ist dazu ausgebildet, eine erste Ausrichtungsinformation zu erfassen, die eine Ausrichtung, insbesondere einen Drehwinkel, eines antriebsseitigen Antriebselements 7 beschreibt. Die zweite Erfassungseinrichtung 6 ist dazu ausgebildet, eine zweite Ausrichtungsinformation zu erfassen, die eine Ausrichtung, insbesondere einen Drehwinkel, eines abtriebsseitigen Abtriebselements 8 beschreibt. Lediglich beispielhaft ist in diesem Ausführungsbeispiel das antriebsseitige Antriebselement 7 an einer Zwischenwelle angeordnet, mit der die Bewegung des Aktors 2 übertragen wird, wobei das abtriebsseitige Abtriebselement 8 auf der Ausgangswelle der Betätigungsvorrichtung 1 angeordnet ist. In dem Ausführungsbeispiel wird das Drehmoment von dem Aktor 2 auf die Zwischenwelle übertragen und von der Zwischenwelle, insbesondere mittels eines Zahnrads, auf ein Zahnrad oder, wie in diesem Ausführungsbeispiel gezeigt, ein Zahnradsegment, übertragen, das auf der Ausgangswelle angeordnet ist. Ersichtlich sind das Antriebselement 7 und das Abtriebselement 8 über eine Federeinrichtung 9 miteinander gekoppelt.
Die Ermittlungsvorrichtung 4 ist dazu ausgebildet, den eingangs beschriebenen Betätigungszustand basierend auf der ersten Ausrichtungsinformation und der zweiten Ausrichtungsinformation zu ermitteln. Mit anderen Worten wird durch die erste Erfassungseinrichtung 5 die Ausrichtung des Antriebselements 7 erfasst, sodass bei einer Veränderung des Betätigungszustands, beispielsweise einer Bewegung des Getriebeelements 3 aus einem eingelegten Zustand in ein ausgelegten Zustand oder aus einem ausgelegten Zustand in ein eingelegten Zustand die Ausrichtung des Antriebselements 7 verändert wird, da die Drehbewegung des Aktors 2 über das Antriebselement 7 übertragen wird. Die Federeinrichtung 9 ermöglicht dabei, dass der Aktor 2 stets in seine Endposition verfahren werden kann, unabhängig davon, ob Blockierzustände seitens des Getriebeelements 3, beispielsweise sogenannte Zahn-auf- Zahn-Stellungen, bei einem als Klauenelement ausgebildeten Getriebeelement 3, auftreten.
Wird beispielsweise das Getriebeelement 3 von der ausgelegten Stellung in die eingelegte Stellung bewegt, kann der Aktor 2 die vollständige Bewegung ausführen ohne angehalten werden zu müssen. Tritt an dem Getriebeelement 3 eine zuvor beschriebene Blockierstellung oder ein Blockierzustand auf, der verhindert, dass das Getriebeelement 3 in den eingelegten Zustand bewegt werden kann, wird die Federeinrichtung 9 durch das Bewegen des Antriebselements 7 relativ zu dem festgehaltenen Abtriebselement 8 vorgespannt. Wird der Blockierzustand anschließend aufgelöst, beispielsweise durch Auflösen der Zahn-auf-Zahn-Stellung, wird das Getriebeelement 3 unter Abbau der Vorspannung der Federeinrichtung 9 in den eingelegten Zustand überführt.
Durch die erste Erfassungseinrichtung 5 ist es dabei möglich, zu erfassen, in welchem Zustand der Aktor 2 steht, beispielsweise ob dieser seine Endstellung für den jeweiligen Betätigungszustand eingenommen hat. Da das Antriebselement 7 und das Abtriebselement 8 über die Federeinrichtung 9 miteinander gekoppelt sind, eine feste Verbindung jedoch entkoppelt ist, kann seitens der zweiten Erfassungseinrichtung 6 erfasst werden, in welchem Betätigungszustand das Getriebeelement 3 steht. Mit anderen Worten kann zwar seitens der ersten Erfassungseinrichtung 5 erfasst werden, dass der Aktor 2 seine Endstellung erreicht hat, wobei jedoch durch die erste Erfassungseinrichtung 5 allein kein absoluter definierter Zustand des Getriebeelements 3 ausgegeben werden kann, da, wie beschrieben, mittels der Federeinrichtung 9 eine Entkopplung der Übertragung der Bewegung vorliegen kann. Da jedoch, wie beschrieben, auch die Ausrichtung des Abtriebselements 8 seitens der zweiten Erfassungseinrichtung 6 unabhängig von der ersten Erfassungseinrichtung 5 erfasst wird, ist der Zustand der Betätigungsvorrichtung 1 bzw. des Getriebeelements 3 auch bei einer auftretenden Entkopplung erfassbar und somit beispielsweise auch ein Blockierzustand und dessen Auflösung detektierbar.
In Fig. 1 ist gezeigt, dass das Antriebselement 7 und das Abtriebselement 8 auf unterschiedlichen Wellen der Betätigungsvorrichtung 1 angeordnet sind. Fig. 2, 3 zeigen eine alternative Ausführungsform, bei der das Antriebselement 7 und das Abtriebselement 8 unterschiedliche Wellenabschnitte einer gemeinsamen Welle bilden. Beispielsweise ist in Fig. 2 dargestellt, dass das Antriebselement 7 einen ersten Wellenabschnitt bildet, der eine Buchse 10 bereitstellt. In die Buchse 10 greift ein Dom 11 des Abtriebselements 8 ein, das einen zweiten Wellenabschnitt bildet. Der erste Wellenabschnits und der zweite Wellenabschnits und somit das Antriebselement 7 und das Abtriebselement 8 sind über die Federeinrichtung 9 miteinander gekoppelt, wie dies zuvor beschrieben wurde. Die Zuordnung der Buchse 10 und des Dorns 11 zur Antriebsseite und Abtriebsseite ist beliebig umkehrbar. In der in Fig. 2, 3 gezeigten Ausführung ist die Federeinrichtung 9 direkt an das Antriebselement 7 nur das Abtriebselement 8 angebunden. In der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform findet eine indirekte Kopplung der Federeinrichtung 9 an das Antriebselement 7 und das Abtriebselement 8 statt, da diese über Zahnräder bzw. Zahnradsegmente miteinander gekoppelt sind, an denen die Federeinrichtung 9 angeordnet ist.
Mit anderen Worten bilden die beiden Wellenabschnitte bzw. das Antriebselement 7 zusammen mit dem Abtriebselement 8 und der Federeinrichtung 9 einen Torsionsstab aus. Die Federeinrichtung 9 ist dabei bezüglich ihrer Federhärte so ausgelegt, dass übliche Bewegungen des Aktors 2 zur Veränderung des Betätigungszustand des Getriebeelements 3 übertragen werden können ohne ein nennenswertes Einfedern der Federeinrichtung 9 auszulösen. Mit anderen Worten liegt die Federhärte der Federeinrichtung 9 über Kräften bzw. Drehmomenten, die in einem regulären Betrieb der Betätigungsvorrichtung 1 auftreten. Tritt jedoch ein Blockierzustand auf, d.h., dass eine weitere Bewegung des Getriebeelements 3 nicht möglich ist, wird das mit dem Getriebeelement 3 in Eingriff stehende oder gekoppelte Abtriebselement 8 ausgangsseitig bzw. abtriebsseitig festgehalten. Dadurch übersteigt das Drehmoment zwischen Antriebselement 7 und Abtriebselement 8 einen bestimmten Schwellwert, sodass die Federeinrichtung 9 verformt und damit vorgespannt werden kann, wie dies zuvor beschrieben wurde.
Grundsätzlich ist es beliebig möglich, die in Fig. 2, 3 gezeigte aus den beiden Wellenabschnitte aufgebaute Welle als Antriebswelle, Zwischenwelle oder Ausgangswelle auszubilden. Je nach konkreter Ausführungsform, beispielsweise, welches Übersetzungsverhältnis bzw. welche Wegstrecke seitens des Getriebeelements 3 zurückzulegen ist, kann gegebenenfalls auf eine Zwischenwelle verzichtet werden.
Wie beschrieben, kann die Betätigungsvorrichtung 1 Bestandteil einer Getriebevorrichtung sein. Das zuvor beschriebene Verfahren ist mit der Betätigungsvorrichtung 1 ausführbar. Sämtliche Vorteile, Einzelheiten und Merkmale, die in den einzelnen Ausführungsbeispielen beschrieben wurden, sind vollständig aufeinander übertragbar, miteinander kombinierbar und untereinander austauschbar.
Bezuqszeichen
Betätigungsvorrichtung
Aktor
Getriebeelement
Ermittlungsvorrichtung erste Erfassungseinrichtung zweite Erfassungseinrichtung
Antriebselement
Abtriebselement
Federeinrichtung
Buchse
Dorn

Claims

Patentansprüche Betätigungsvorrichtung (1 ) für eine Getriebevorrichtung, die einen Aktor (2) aufweist, der dazu ausgebildet ist, eine Bewegung zu erzeugen, um ein Getriebeelement (3) der Getriebevorrichtung, insbesondere eine Schaltgabel, zu bewegen, wobei die Betätigungsvorrichtung (1 ) eine Ermittlungsvorrichtung (4) aufweist, die dazu ausgebildet ist, einen Betätigungszustand des Getriebeelements (3) beschreibendes Betätigungssignal zu ermitteln, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlungsvorrichtung (4) eine erste Erfassungseinrichtung (5) aufweist, die dazu ausgebildet ist, eine Ausrichtung, insbesondere einen Drehwinkel, eines antriebsseitigen Antriebselements (7) beschreibende erste Ausrichtungsinformation zu erfassen und eine zweite Erfassungseinrichtung (6) aufweist, die dazu ausgebildet ist, eine Ausrichtung, insbesondere einen Drehwinkel, eines abtriebsseitigen Abtriebselements (8) beschreibende zweite Ausrichtungsinformation zu erfassen, wobei das Antriebselement (7) und das Abtriebselement (8) mittels einer Federeinrichtung (9) gekoppelt sind, wobei die Ermittlungsvorrichtung (4) dazu ausgebildet ist, den Betätigungszustand basierend auf der ersten Ausrichtungsinformation und der zweiten Ausrichtungsinformation zu ermitteln. Betätigungsvorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Erfassungseinrichtung (6) dazu ausgebildet ist, die zweite Ausrichtungsinformation an einem als Abtriebselement (8) ausgebildeten Abtriebsabschnitt einer Ausgangswelle der Betätigungsvorrichtung (1 ) zu erfassen, die mit dem Getriebeelement (3) in, insbesondere direkter, Verbindung steht. Betätigungsvorrichtung (1 ) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (2) eine Aktorwelle aufweist, die direkt oder mittels einer Zwischenwelle mit der Ausgangswelle der Betätigungsvorrichtung (1 ) gekoppelt ist, wobei die Aktorwelle oder die Zwischenwelle oder die Ausgangswelle zweiteilig ausgebildet ist, wobei ein antriebsseitiger erster Wellenteil als Antriebselement (7) und ein abtriebsseitiger zweiter Wellenteil als Abtriebselement (8) ausgebildet ist und der erste Wellenteil mittels der Federeinrichtung (9) mit dem zweiten Wellenteil gekoppelt ist. Betätigungsvorrichtung (1 ) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wellenteil eine Buchse (10) und der zweite Wellenteil einen in die Buchse (10) eingreifenden Dorn (11 ) aufweist oder dass der zweite Wellenteil eine Buchse (10) und der erste Wellenteil einen in die Buchse (10) eingreifenden Dorn (11 ) aufweist, wobei zwischen dem ersten und dem zweiten Wellenteil, insbesondere zwischen einer Innenfläche der Buchse (10) und einer Außenfläche des Dorns (11 ), ein Federelement der Federeinrichtung (9) angeordnet ist, dessen erstes Ende mit dem ersten Wellenteil und dessen zweites Ende mit dem zweiten Wellenteil verbunden ist. Betätigungsvorrichtung (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinrichtung (9) wenigstens ein Torsionsfederelement, insbesondere eine eingespannte Schenkelfeder, aufweist. Betätigungsvorrichtung (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Ausgangswelle ein mit dem Getriebeelement (3) in Eingriff stehendes Ausgangszahnrad angeordnet ist, wobei die Ausgangswelle mittels wenigstens eines Eingangszahnrads oder Eingangszahnradsegments mit dem Aktor (2) gekoppelt ist. Betätigungsvorrichtung (1 ) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangszahnradsegment einen Segmentwinkel zwischen 20° und 180°, insbesondere zwischen 30° und 90°, aufweist. Betätigungsvorrichtung (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (2) und die Ermittlungsvorrichtung (4), insbesondere die Erfassungseinrichtungen (5, 6), und das Antriebselement (7) innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses angeordnet sind und das Abtriebselement (8), insbesondere der Abtriebsabschnitt der Ausgangswelle, zumindest abschnittsweise aus dem Gehäuse geführt ist. Getriebevorrichtung, umfassend eine Betätigungsvorrichtung (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche. Verfahren zum Betreiben einer Betätigungsvorrichtung (1 ) für eine Getriebevorrichtung, die einen Aktor (2) aufweist, der dazu ausgebildet ist, eine Bewegung zu erzeugen, um ein Getriebeelement (3) der Getriebevorrichtung, insbesondere eine Schaltgabel, zu bewegen, wobei die Betätigungsvorrichtung (1 ) eine Ermittlungsvorrichtung (4) aufweist, die dazu ausgebildet ist, ein einen Betätigungszustand des Getriebeelements (3) beschreibendes Betätigungssignal zu ermitteln, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer ersten Erfassungseinrichtung (5) der Ermittlungsvorrichtung (4) eine eine Ausrichtung, insbesondere einen Drehwinkel, eines antriebsseitigen Antriebselements (7) beschreibende erste Ausrichtungsinformation und mittels einer zweiten Erfassungseinrichtung (6) der Ermittlungsvorrichtung (4) eine eine Ausrichtung, insbesondere einen Drehwinkel, eines abtriebsseitigen Abtriebselements (8) beschreibende zweite Ausrichtungsinformation erfasst wird, wobei das Antriebselement (7) und das Abtriebselement (8) mittels einer Federeinrichtung (9) gekoppelt sind, wobei der Betätigungszustand basierend auf der ersten Ausrichtungsinformation und der zweiten Ausrichtungsinformation ermittelt wird.
PCT/EP2023/085864 2022-12-16 2023-12-14 Betätigungsvorrichtung für eine getriebevorrichtung WO2024126705A1 (de)

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