WO2010124955A1 - Vorrichtung zum betätigen eines wenigstens zwischen zwei schaltstellungen umschaltbaren formschlüssigen schaltelements - Google Patents

Vorrichtung zum betätigen eines wenigstens zwischen zwei schaltstellungen umschaltbaren formschlüssigen schaltelements Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a device for actuating a switchable at least between three switching positions form-fitting switching element according to the closer defined in the preamble of claim 1.
  • form-fitting switching elements are often designed as synchronizers, which have for the synchronization of the switching elements areas, by means of the speed differences between the switching element halves by a frictional engagement within predefined times are compensated.
  • synchronizations are disadvantageously subject to undesirably high wear and are also characterized by a high space requirement.
  • the inventive device for actuating a switchable at least between two switching positions interlocking switching element of a transmission device is designed with a drive device and a drive converter means for converting a rotary drive movement of the drive means in a translatory actuating movement of the positive switching element.
  • a drive device for converting a rotary drive movement of the drive means in a translatory actuating movement of the positive switching element.
  • two transmission shafts of the transmission device are rotatably connected to each other in one or two switch positions, while the transmission shafts are decoupled from each other in a further switching position of the switching element.
  • the drive converter device comprises a first component having at least one control cam and a second component operatively connected thereto, which in the region of the control cam are connected to an axially displaceable component of the form-fitting switching element connected in a rotationally fixed manner to one of the transmission shafts.
  • An antreibs coupled into a translational relative movement of the component of the switching element, wherein the control cam at least in the switching positions of the form-fitting switching element equivalent curve areas with respect to the translational actuating movement of the switching element each a smaller amount Slope has as equivalent to between the switching positions of the positive switching element curve areas.
  • the magnitude slope of the cam is in a further advantageous embodiment of the device according to the invention in curve areas, which are equivalent to BethebsSchsverierin the positive switching element, while in the region of the form-locking switching element via the component of the switching element in each case made a rotationally fixed connection between two of the transmission shafts or is dissolved, larger than in the curved areas, which are equivalent to the switching positions of the positive switching element.
  • the second component is connected in the region of at least one elongated hole on the at least one bolt element with the first component and with the component of the switching element.
  • the spring means between a driven by an electric motor of the drive device driving ring element and the second component of the drive converter device is provided.
  • the spring device in the advantageous development of the invention Device in installation position on a bias voltage to which in the region of the spring device only when an actuating force applied greater than a threshold potential energy can be stored.
  • This is in the field of spring device during switching operations, during which in the field of interlocking switching element through-connection is carried out without delay or during which a rotationally fixed connection between the transmission shafts is achieved without delay or stored during delay Ausspurvorrudn the positive switching element, no potential energy in the spring means.
  • This is realized by a correspondingly biased spring device, in whose area potential energy is stored only from a certain force.
  • the components of the drive converter device and the positive switching element are arranged coaxially with each other in a space-favorable development of the device according to the invention and preferably joined together, whereby the device has a low space requirement, in particular in the axial direction.
  • Fig. 2 is an exploded view of the device of FIG. 1;
  • FIG. 3 is a partial longitudinal sectional view of the apparatus of FIG. 1; FIG. and
  • FIG. 4 shows a partial representation of a development of a control curve of a first component of a drive converter device of the device according to FIG. 1.
  • the drive converter device 5 comprises a first component 9 with three control cams 9A and 9B distributed over the circumference of the first component 9 and a second component 10 operatively connected thereto, which has bolt elements 11A and 11B in the region of the control cams 9A and 9B and elongated holes 10A, 10B of the second component 10 are connected to a rotatably connected to the transmission shaft 7 and axially displaceable component 12 of the positive switching element.
  • the components of the drive converter device 5 and the interlocking switching element 3 are present coaxial with each other and inserted into each other, whereby the device 2 in the axial direction has a small space requirement and the comparatively narrow in the axial direction annular disc of the first component 9, in which the cams 9A and 9B are arranged, is fully exploitable.
  • the curve areas K4 and K7 are each designed with a magnitude greater slope than in the curve areas K1 and K3, however, with a smaller pitch than in the curve areas K5 and K6 to a low axial actuation speed of the component 12 of the positive locking gene switching element 3 to represent at the same time a large actuation force.
  • the cam sections K4 and K7 are respectively equivalent to operating state courses of the interlocking shift element 3, during which claws 19, 20 of the interlocking shift element 3 with claws 21 of the transmission shaft 6 and claws 22 of the transmission shaft 8 are engaged or disengaged. In particular, when releasing a positive connection in the region of the positive switching element 3 is due to the selected slope of the cams 9A and 9B each have a large pull-out force available.
  • the curve areas K5 and K6 presently represent so-called traversing ranges of the component 12 of the form-fitting switching element 3 and are equivalent to Bethebszurentn the positive switching element 3, during which the form-locking switching element 3 is opened. Since the curve areas K5 and K6 are each designed with a larger pitch compared to the curve areas K1, K2, K3, K4 and K7, a circuit within a desired short switching time is feasible.
  • the equivalent to the third shift position S3 of the interlocking switching element 3 curve area K2 is in turn formed with respect to the curve areas K5 and K6 with a smaller absolute slope in order not to have to stop the electric motor 14 during synchronization, for example by a drive motor of the form-locking switching element 3 ,
  • the curve shown in Fig. 4 of the control cam 9A and the cam 9B has with respect to a line of symmetry S a qualitatively analogue course for each switching side of the positive switching element 3, however, a quantitative adjustment of the curve of the cams 9A and 9B to different jaw geometries the positive switching element 3 and the transmission shafts 6 and 8 is possible.
  • the rotary drive energy introduced into the system by the electric motor 14 is temporarily stored in the area of the spring device 18. Solves the blocking in the area of the positive switching element 3 preventing blockage in the region of the positive switching element 3, for example, by a required for the switching differential speed between the switching element halves of the form-locking switching element 3, supports the stored in the spring device 18 potential energy the electric motor 14 at Accelerating the sliding sleeve 12, whereby the switching time of the positive switching element 3 is kept short.
  • the device according to the invention is characterized by a small axial space requirement and circuits of a positive switching element are within a desired short switching times with a small electric motor feasible.
  • the device according to the invention is characterized by a low number of parts and therefore inexpensive to produce. Furthermore, costly test bench trials and adjustments of a transmission device designed with the device can be avoided by cost-effective simulations, during which a tuning of the operating and component parameters is carried out in each case.

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Abstract

Es wird eine Vorrichtung (2) zum Betätigen eines wenigstens zwischen zwei Schaltstellungen umschaltbaren formschlüssigen Schaltelementes (3) einer Getriebeeinrichtung mit einer Antriebseinrichtung (4) und einer Antriebswandlereinrichtung (5) zum Wandeln einer rotatorischen Antriebsbewegung der Antriebseinrichtung (4) in eine translatorische Betätigungsbewegung des formschlüssigen Schaltelementes (3) beschrieben. Über das Schaltelement (3) sind in einer Schaltstellung (1) zwei Getriebewellen drehfest miteinander verbunden und in einer weiteren Schaltstellung des Schaltelementes sind die Getriebewellen voneinander entkoppelt. Erfindungsgemäß umfasst die Antriebswandeleinrichtung (5) ein erstes Bauelement (9) mit wenigstens einer Steuerkurve (9A, 9B) und ein damit wirkverbundenes zweites Bauelement (10), die im Bereich der Steuerkurve (9A, 9B) mit einem mit einer der Getriebewellen drehfest verbundenen und axial verschieblichen Bauelement (12) des formschlüssigen Schaltelementes (3) verbunden sind.

Description

VORRICHTUNG ZUM BETATIGEN EINES WENIGSTENS ZWISCHEN ZWEI SCHALTSTELLUNGEN UMSCHALTBAREN FORMSCHLÜSSIGEN SCHALTELEMENTS
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Betätigen eines wenigstens zwischen drei Schaltstellungen umschaltbaren formschlüssigen Schaltelementes gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
Bei aus der Praxis bekannten Getriebeeinrichtungen werden rotierende Bauelemente, wie Getriebewellen oder so genannte Losräder betriebszu- standsabhängig über Schaltelemente in einen Kraftfluss einer Getriebeeinrichtung zugeschaltet oder aus diesem abgeschaltet, um verschiedene Übersetzungen bzw. Übersetzungsbereiche einer Getriebeeinrichtung darstellen zu können und zwischen diesen wechseln zu können.
Bei einer Ausführung der Schaltelemente als reibschlüssige Schaltelemente sind Übersetzungswechsel vorzugsweise zugkraftunterbrechungsfrei bei gleichzeitig hohem Fahrkomfort durchführbar. Geöffnete reibschlüssige Schaltelemente sind jedoch unerwünschterweise durch Schleppmomente gekennzeichnet, welche einen Wirkungsgrad einer Getriebeeinrichtung beeinträchtigen.
Getriebeeinrichtungen, welche mit formschlüssigen Schaltelementen ausgebildet sind, sind mit höheren Wirkungsgraden betreibbar, da im Bereich von formschlüssigen Schaltelementen bekannterweise wesentlich geringere Schleppmomente auftreten. Im Gegensatz zu mit reibschlüssigen Schaltelementen ausgeführten Getriebeeinrichtungen sind Übersetzungswechsel, an welchen formschlüssige Schaltelemente beteiligt sind, nur durch weitere geeignete Maßnahmen zugkraftunterbrechungsfrei durchführbar, die jedoch einen Bauraumbedarf einer Getriebeeinrichtung erhöhen und zudem zusätzliche Fertigungskosten verursachen. Darüber hinaus sind formschlüssige Schaltelemente im Wesentlichen nur im Bereich ihres Synchronpunktes oder nahe ihres Synchronpunktes öffen- oder schließbar, weshalb zur Realisierung gewünschter Schaltzeiten in der Praxis aufwändige konstruktive oder komplexe steuerungsseitige Maßnahmen vorgesehen werden, mittels welchen formschlüssige Schaltelemente gezielt synchronisierbar sind.
Dabei werden formschlüssige Schaltelemente oftmals als Synchronisierungen ausgebildet, die zur Synchronisierung der Schaltelemente Bereiche aufweisen, mittels den Drehzahldifferenzen zwischen den Schaltelementhälften durch einen Reibeingriff innerhalb vordefinierter Zeiten ausgleichbar sind. Derartige Synchronisierungen unterliegen jedoch nachteilhafterweise einem unerwünscht hohen Verschleiß und sind darüber hinaus durch einen hohen Bauraumbedarf gekennzeichnet.
Steuerungsseitig werden formschlüssige Schaltelemente von Fahrzeuggetriebeeinrichtungen beispielsweise durch eine entsprechende Führung einer Motordrehzahl in Richtung ihres Synchronzustandes geführt und anschließend geöffnet oder geschlossen.
Die Betätigung von formschlüssigen Schaltelementen erfolgt bei automatisierten Getrieben beispielsweise über elektromechanisch antreibbare Schaltgabeln. Alternativ hierzu werden formschlüssige Verbindungen zwischen Wellen von automatisierten Getrieben sowohl ohne Synchronisierungen als auch ohne Schaltgabeln, beispielsweise mittels pneumatisch oder hydraulisch betätigten formschlüssigen Schaltelementen, aktiviert oder deaktiviert. Die Funktionsweise derartiger Getriebeeinrichtungen ist jedoch nur mit einem entsprechend hohen Dichtaufwand im Bereich von Zuleitungen und im Bereich der Schaltelemente selbst gewährleistbar.
Um Fahrzeuggetriebeeinrichtungen mit formschlüssigen Schaltelementen mit einer gewünschten Spontaneität bei gleichzeitig hohem Fahrkomfort betreiben zu können, sind entsprechende Schaltzeiten von formschlüssigen Schaltelementen bei gleichzeitig den Fahrkomfort berücksichtigender Betätigung darzustellen. Zur Umsetzung dieser Vorgaben ist eine Betätigungsgeschwindigkeit in Abhängigkeit des Betriebszustandes einer Getriebeeinrichtung bzw. der formschlüssigen Schaltelemente zu variieren. Dabei ist die Betätigungsgeschwindigkeit eines formschlüssigen Schaltelementes während fahrkomfortunkritischer Betriebszustände einer Getriebeeinrichtung höher vorsehbar als während Bethebszuständen, während welchen eine zu hohe Betätigungsgeschwindigkeit eines formschlüssigen Schaltelementes einen Fahrkomfort in unerwünscht hohem Umfang beeinträchtigt.
Ein formschlüssiges Schaltelement wird während Betriebszustandsver- läufen eines formschlüssigen Schaltelementes, während den das Schaltelement geöffnet ist, zur Gewährleistung kurzer Schaltzeiten und eines hohen Fahrkomforts mit hohen Stellgeschwindigkeiten betätigt. Im Gegensatz dazu wird ein formschlüssiges Schaltelement während Bethebszuständen, während welchen das Schaltelement geöffnet oder geschlossen wird, nur mit geringen Stellgeschwindigkeiten und hohen Stellkräften betätigt, um einen angeforderten Übersetzungswechsel in einer Getriebeeinrichtung ohne Beeinträchtigung des Fahrkomforts sicher realisieren zu können und um beim Einspuren bzw. Heranziehen der Klaue die Reibung überwinden zu können.
Mit den vorbeschriebenen und aus der Praxis bekannten Betätigungen von formschlüssigen Schaltelementen von Getriebeeinrichtungen ist die Betätigungsgeschwindigkeit von formschlüssigen Schaltelementen im Wesentlichen jedoch mittels eines hohen Steuer- und Regelaufwandes variierbar, da die von einer ein formschlüssiges Schaltelement betätigenden Antriebseinrichtung zur Verfügung gestellte Antriebsenergie in Abhängigkeit eines aktuellen Betriebszustandes des formschlüssigen Schaltelementes bzw. der Getriebeeinrichtung zu verändern ist. Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung zum Betätigen eines formschlüssigen Schaltelementes einer Getriebeeinrichtung zur Verfügung zu stellen, mittels der eine Betätigung des formschlüssigen Schaltelementes auf einfache und kostengünstige Art und Weise in gewünschtem Umfang variierbar ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Betätigen eines wenigstens zwischen zwei Schaltstellungen umschaltbaren formschlüssigen Schaltelementes einer Getriebeeinrichtung ist mit einer Antriebseinrichtung und einer Antriebswandlereinrichtung zum Wandeln einer rotatorischen Antriebsbewegung der Antriebseinrichtung in eine translatorische Betätigungsbewegung des formschlüssigen Schaltelementes ausgeführt. Über das Schaltelement sind in einer oder zwei Schaltstellungen zwei Getriebewellen der Getriebeeinrichtung drehfest miteinander verbunden, während die Getriebewellen in einer weiteren Schaltstellung des Schaltelementes voneinander entkoppelt sind.
Die Antriebswandlereinrichtung umfasst ein erstes Bauelement mit wenigstens einer Steuerkurve und ein damit wirkverbundenes zweites Bauelement, die im Bereich der Steuerkurve mit einem mit einer der Getriebewellen drehfest verbundenen, axial verschieblichen Bauelement des formschlüssigen Schaltelementes verbunden sind. Eine anthebseinrichtungsseitige rotatorische Relativbewegung zwischen dem ersten Bauelement und dem zweiten Bauelement der Antriebswandlereinrichtung ist in eine translatorische Relativbewegung des Bauelementes des Schaltelementes umwandelbar, wobei die Steuerkurve zumindest in zu den Schaltstellungen des formschlüssigen Schaltelementes äquivalenten Kurvenbereichen in Bezug auf die translatorische Betätigungsbewegung des Schaltelementes jeweils eine betragsmäßig kleinere Steigung aufweist als in zu zwischen den Schaltstellungen des formschlüssigen Schaltelementes äquivalenten Kurvenbereichen. Aufgrund der abschnittsweise unterschiedlichen Steigungen der Steuerkurve variiert die translatorische Bewegung des Bauelementes des formschlüssigen Schaltelementes bei konstanter Antriebsleistung der Antriebsmaschine über den Schaltweg des formschlüssigen Schaltelementes, womit Schaltwegbereiche zwischen den einzelnen Schaltstellungen des formschlüssigen Schaltelementes, während welchen die Getriebewellen fahrkomfortunkritisch voneinander entkoppelt sind mit höherer Schaltgeschwindigkeit und ohne große Kräfte überfahrbar sind und Schaltwegbereiche, während welchen eine drehfeste Verbindung zwischen zwei Getriebewellen hergestellt oder gelöst wird und daher fahrkomfortkritische Schaltbereiche darstellen, mit einer geringeren Schaltgeschwindigkeit und einer höheren Schaltkraft durchfahrbar sind, ohne im Bereich der Antriebseinrichtung eine aufwändige Steuerung- und Regelung vorsehen zu müssen.
Das bedeutet, dass eine variierende Schaltgeschwindigkeit eines formschlüssigen Schaltelementes bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Wesentlichen mittels kostengünstig herstellbarer konstruktiver Mittel bei hohem Fahrkomfort realisiert ist, die zudem durch einen geringen Bauraumbedarf gekennzeichnet sind und nur einen kleinen Elektromotor benötigen.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Vorrichtung nach der Erfindung ist die betragsmäßige Steigung der Steuerkurve in Kurvenbereichen, welche zu einem geöffneten Betriebszustand des formschlüssigen Schaltelementes zwischen der Schaltstellung und der weiteren Schaltstellung und zwischen der weiteren Schaltstellung und einer zusätzlichen Schaltstellung des formschlüssigen Schaltelementes, während welcher Getriebewelle miteinander drehfest verbunden sind, äquivalent sind, größer als in den anderen Kurvenbereichen der Steuerkurve, womit Schaltzeiten von mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgebildeten Getriebeeinrichtungen im Vergleich zu herkömmlich ausgebildeten Getriebeeinrichtungen auf einfache und kostengünstige Art und Weise bei gleichzeitig hohem Fahrkomfort reduzierbar sind oder vordefinierte Schaltzeiten mit geringerem Aufwand und hohem Fahrkomfort realisierbar sind. Die betragsmäßige Steigung der Steuerkurve ist bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung in Kurvenbereichen, welche jeweils zu Bethebszustandsverläufen des formschlüssigen Schaltelementes äquivalent sind, während den im Bereich des formschlüssigen Schaltelementes über das Bauelement des Schaltelementes jeweils eine drehfeste Verbindung zwischen zwei der Getriebewellen hergestellt oder gelöst wird, größer als in den Kurvenbereichen, die zu den Schaltstellungen des formschlüssigen Schaltelementes äquivalent sind. Damit ist das formschlüssige Schaltelement in den Schaltstellungen des formschlüssigen Schaltelementes aufgrund der betragsmäßig kleineren Steigung, beispielsweise durch Selbsthemmung, ohne Aufbringen einer zusätzlichen Haltekraft haltbar und aufgrund der betragsmäßig größeren Steigung der Steuerkurve in den Kurvenbereichen, während welchen im Bereich des formschlüssigen Schaltelementes über das Bauelement des Schaltelementes jeweils eine drehfeste Verbindung zwischen zwei der Getriebewellen hergestellt oder gelöst wird, eine geringe Schaltgeschwindigkeit bei gleichzeitig großer Schaltkraft, d. h. mit einer großer Einrückoder Auszugskraft, realisiert.
Bei einer konstruktiv einfachen und kostengünstigen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das Bauelement des Schaltelementes im Bereich wenigstens einer Ringnut über wenigstens ein Bolzenelement mit dem ersten Bauelement und mit dem zweiten Bauelement der Antriebswandlereinrichtung wirkverbunden, wobei eine Drehentkopplung zwischen dem Bauelement des Schaltelementes und dem ersten Bauelement und dem zweiten Bauelement der Antriebswandlereinrichtung im Bereich zwischen dem Bolzenelement und der Ringnut des Bauelementes des Schaltelementes darstellbar ist.
Bei einer einfach und kostengünstig herstellbaren Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung ist das zweite Bauelement im Bereich wenigstens eines Langloches über das wenigstens eine Bolzenelement mit dem ersten Bauelement und mit dem Bauelement des Schaltelementes verbunden. Während eines Einspurvorganges eines formschlüssigen Schaltelementes besteht in ungünstigen Betriebszuständen des Schaltelementes die Möglichkeit, dass das Schaltelement auf Grund einer Zahn-auf-Zahn-Stellung, während der Klauen des formschlüssigen Schaltelementes im Bereich ihrer Stirnflächen aneinander anliegen, nicht in gewünschtem Umfang geschlossen werden kann. Der Schließvorgang eines formschlüssigen Schaltelementes ist erst dann möglich, wenn ein Verdrehen der Klauen der miteinander zu verbindenden Schaltelementhälften zueinander stattfindet.
Um während solchen Situationen den Antrieb der Antriebseinrichtung nicht abschalten zu müssen, ist eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung zwischen der Antriebseinrichtung und der Antriebswandlereinrichtung mit einer Federeinrichtung zur Zwischenspeicherung von rotatorischer Antriebsenergie der Antriebseinrichtung ausgebildet. Damit wird die von der Antriebseinrichtung gelieferte mechanische Leistung im Bereich der Federeinrichtung zwischengespeichert. Wenn das formschlüssige Schaltelement, beispielsweise durch Auflösen der Zahn-auf-Zahn-Stellung, in seinen geschlossenen Betriebszustand überführbar ist bzw. wenn ein Durchschalten im Bereich des formschlüssigen Schaltelementes möglich ist, unterstützt die im Bereich der Federeinrichtung gespeicherte potentielle Energie die Antriebseinrichtung beim weiteren Verschieben des Bauelementes des Schaltelementes, womit eine Schaltzeit trotz der phasenweisen Verzögerung möglichst kurz darstellbar ist.
Bei einer konstruktiv einfachen und durch einen niedrigen Montageaufwand gekennzeichneten Ausgestaltung der Vorrichtung nach der Erfindung ist die Federeinrichtung zwischen einem von einem Elektromotor der Antriebseinrichtung antreibbaren Antriebsringelement und dem zweiten Bauelement der Antriebswandlereinrichtung vorgesehen.
Um Schwingungen im Bereich der Federeinrichtung zu vermeiden, weist die Federeinrichtung bei der vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemä- ßen Vorrichtung in Einbaulage eine Vorspannung auf, zu der im Bereich der Federeinrichtung erst bei Anliegen einer Betätigungskraft größer als eine Schwellkraft potentielle Energie speicherbar ist. Damit wird im Bereich der Federeinrichtung während Schaltvorgängen, während welchen im Bereich des formschlüssigen Schaltelementes ein Durchschalten verzögerungsfrei durchführbar ist oder während welchen eine drehfeste Verbindung zwischen den Getriebewellen verzögerungsfrei gelöst wird bzw. während verzögerungsfreien Ausspurvorgängen des formschlüssigen Schaltelementes, keine potentielle Energie in der Federeinrichtung gespeichert. Dies wird durch eine entsprechend vorgespannte Federeinrichtung realisiert, in deren Bereich erst ab einer bestimmten Kraft potentielle Energie gespeichert wird.
Eine besonders bauraumgünstige und durch niedrige Herstellkosten gekennzeichnete Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist zwischen einer Motorausgangswelle des Elektromotors der Antriebseinrichtung und dem Antriebsringelement eine Getriebeeinrichtung auf, in deren Bereich eine Rotationsbewegung des Elektromotors ins Langsame übersetzt wird, womit im Bereich des Elektromotors zur Betätigung des formschlüssigen Schaltelementes nur kleine Antriebsmomente aufzubringen sind.
Die Bauteile der Antriebswandlereinrichtung und des formschlüssigen Schaltelementes sind bei einer bauraumgünstigen Weiterbildung der Vorrichtung nach der Erfindung koaxial zueinander angeordnet und vorzugsweise ineinander gefügt, wodurch die Vorrichtung insbesondere in axialer Richtung einen geringen Bauraumbedarf aufweist.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen und dem unter Bezugnahme auf die Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispiel. Es zeigt:
Fig. 1 eine stark schematisierte Darstellung einer Vorrichtung zum Betätigen eines zwischen drei Schaltstellungen umschaltbaren formschlüssigen Schaltelementes einer Getriebeeinrichtung;
Fig. 2 eine Explosivdarstellung der Vorrichtung gemäß Fig. 1 ;
Fig. 3 eine Teillängsschnittansicht der Vorrichtung gemäß Fig. 1 ; und
Fig. 4 eine Teildarstellung einer Abwicklung einer Steuerkurve eines ersten Bauelementes einer Antriebswandlereinrichtung der Vorrichtung gemäß Fig. 1.
In Fig. 1 ist eine Getriebeeinrichtung 1 mit einer Vorrichtung 2 zum Betätigen eines zwischen drei Schaltstellungen S1 , S2 und S3 umschaltbaren formschlüssigen Schaltelementes mit einer Antriebseinrichtung 4 und einer in Fig. 2 und Fig. 3 näher gezeigten Antriebswandlereinrichtung 5 zum Wandeln einer rotatorischen Antriebsbewegung der Antriebseinrichtung 4 in eine translatorische Betätigungsbewegung des formschlüssigen Schaltelementes 3 dargestellt.
Über das formschlüssige Schaltelement 3 sind sowohl in einer ersten Schaltstellung S1 und in einer zweiten Schaltstellung S2 jeweils zwei Getriebewellen 6 und 7 bzw. 7 und 8 drehfest miteinander verbunden, während in einer dritten Schaltstellung S3 des Schaltelementes 3 die Getriebewellen 6 und 7 bzw. 7 und 8 voneinander entkoppelt sind.
Die Antriebswandlereinrichtung 5 umfasst ein erstes Bauelement 9 mit drei über den Umfang des ersten Bauelementes 9 verteilt angeordneten Steuerkurven 9A und 9B und ein damit wirkverbundenes zweites Bauelement 10, die über Bolzenelemente 1 1 A und 1 1 B im Bereich der Steuerkurven 9A und 9B und Langlöchern 10A, 10B des zweiten Bauelementes 10 mit einem mit der Getriebewelle 7 drehfest verbundenen und axial verschieblichen Bauelement 12 des formschlüssigen Schaltelementes verbunden sind.
Die beiden Bauelemente 9 und 10 der Antriebswandlereinrichtung 5 sind über in eine Ringnut 13 des Bauelementes 12 des formschlüssigen Schaltelementes 3 eingreifende Bolzenelemente 1 1 A und 1 1 B derart wirkverbunden, dass zwischen dem Bauelement 12 des formschlüssigen Schaltelementes 3 und den Bauelementen 9 und 10 der Antriebswandlereinrichtung 5 mit geringen Reibverlusten eine Differenzdrehzahl darstellbar ist und eine antriebseinrich- tungsseitige rotatorische Relativbewegung zwischen dem ersten Bauelement 9 und dem zweiten Bauelement 10 in eine translatorische Bewegung des Bauelementes 12 des Schaltelementes 3 umgewandelt wird.
Die Steuerkurven 9A und 9B des ersten Bauelementes 9 der Antriebswandlereinrichtung 5 weisen jeweils einen in Fig. 4 näher dargestellten Verlauf auf, der durch in Bezug auf die translatorische Betätigungsbewegung des Bauteiles 12 des Schaltelementes 3 kurvenabschnittsweise variierende Steigungen gekennzeichnet ist. Dabei weisen die Steuerkurven 9A, 9B in zu den Schaltstellungen S1 bis S3 des formschlüssigen Schaltelementes 3 äquivalenten Kurvenbereichen K1 , K2 und K3 jeweils eine betragsmäßig kleinere Steigung auf als in zu zwischen den Schaltstellungen S1 bis S3 des formschlüssigen Schaltelementes 3 äquivalenten Kurvenbereichen K4 bis K7.
Die Antriebseinrichtung 4 ist vorliegend mit einem Elektromotor 14 ausgebildet, dessen rotatorische Antriebsenergie über eine zwischen einer Motorausgangswelle 15 des Elektromotors 14 der Antriebseinrichtung 4 und einem Antriebsringelement 16 der Antriebswandlereinrichtung 5 vorgesehene Getriebeanordnung 17, die vorliegend als Stirnradgetriebe ausgeführt ist, übertragen und ins Langsame übersetzt wird. Damit besteht auf einfache Art und Weise die Möglichkeit, den Elektromotor 14 hinsichtlich seiner Drehmomentkapazität bauraum- und kostengünstig zu dimensionieren. In Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles besteht auch die Möglichkeit, die Getriebeanordnung als Schneckengetriebe oder mit einem anderen geeigneten Getriebe auszuführen.
Mit Hilfe der Antriebseinrichtung 4 und dem formschlüssigen Schaltelement 3 der Vorrichtung 2 sind in der Getriebeeinrichtung 1 zwei unterschiedliche Verbindungen (Modi) darstellbar. Dies erfolgt durch die wechselseitige Anbindung der vorliegend eine Abtriebswelle der Getriebeeinrichtung 1 darstellenden Getriebewelle 7 an die Getriebewelle 6 oder an die Getriebewelle 8, die mittels des vorliegend als formschlüssige Klauenkupplung ausgeführten formschlüssigen Schaltelementes 3 miteinander verbindbar oder voneinander entkoppelbar sind. Das Bauelement 12 bzw. die Schaltmuffe des formschlüssigen Schaltelementes 3 ist drehfest und axial beweglich auf der Abtriebswelle 7 angeordnet, wobei die Schaltmuffe 12 durch die Antriebseinrichtung 4 bzw. die nachfolgend näher beschriebene Schaltungsbetätigung in gewünschtem Umfang bewegt wird.
Die Bauelemente der Antriebswandlereinrichtung 5 und des formschlüssigen Schaltelementes 3 sind vorliegend koaxial zueinander angeordnet und ineinander gefügt, wodurch die Vorrichtung 2 in axialer Richtung einen geringen Bauraumbedarf aufweist und die in axialer Richtung vergleichsweise schmal ausgeführte Ringscheibe des ersten Bauelementes 9, in der die Steuerkurven 9A und 9B angeordnet sind, vollständig ausnutzbar ist.
Die axiale Bewegung der Schaltmuffe 12 resultiert bei aktiver Antriebseinrichtung 4 aus der im Bereich der Schaltmimik der Antriebswandlereinrichtung 5 vorgesehenen Umwandlung des Drehantriebes des Elektromotors 14 in eine translatorische Antriebsbewegung. Die Umwandlung erfolgt durch die entsprechend gestalteten Steuerkurven 9A und 9B des ersten Bauelementes 9 der Antriebswandlereinrichtung 5, das eine gehäusefeste Hohlwelle der Getriebeeinrichtung 1 darstellt. Die Steuerkurven 9A und 9B verlaufen schräg gegenüber der Umfangshchtung des ersten Bauelementes 9 entlang einer Schrau- benlinie, womit die Bolzenelemente 1 1 A und 1 1 B bei einer Verdrehung der Bolzenelemente 1 1 A und 1 1 B gegenüber dem ersten Bauelement 9 auch ihre axiale Position verändern. Die Bolzenelemente 1 1 A und 1 1 B werden über das Antriebsringelement 16 und das damit wirkverbundene zweite Bauelement 10 bei entsprechendem elektromotorseitigen Antrieb verschoben.
Auf Grund der vorbeschriebenen variierenden Steigung der Steuerkurven 1 1 A und 1 1 B in den Kurvenabschnitten K1 bis K7 variiert die axiale Stellgeschwindigkeit der Schaltmuffe 13 über ihren Schaltweg trotz konstanter Drehgeschwindigkeit des Elektromotors 14. So weisen die Steuerkurven 9A und 9B in den Kurvenbereichen K1 und K3 eine betragsmäßig geringe Steigung auf, um die Schaltmuffe 13 in den Schaltstellungen S1 und S2, in welchen das formschlüssige Schaltelement 3 jeweils eine drehfeste Verbindung zwischen den Getriebewellen 6 und 7 bzw. 7 und 8 herstellt, um eine Selbsthemmung zu erreichen und die Schaltmuffe 13 ohne zusätzliches Aufbringen einer Haltekraft in der ersten oder zweiten Schaltstellung S1 oder S2 des formschlüssigen Schaltelementes 3 halten zu können.
Dabei besteht die Möglichkeit, die Steigung der Steuerkurven 9A und 9B in den Kurvenbereichen K1 und K3 innerhalb der schraffiert dargestellten Bereiche B1 bzw. B3 zu variieren, um das Bauelement 12 des formschlüssigen Schaltelementes 3 in seiner ersten Schaltstellung S1 oder in seiner zweiten Schaltstellung S2 ohne zusätzliche Haltekraft halten zu können. Dabei stellen die Grenzen der Steigungsbereiche B1 und B3 jeweils eine negative Steigung bzw. eine Aufweitung dar, um Klauen des formschlüssigen Schaltelementes 3 beispielsweise durch eine Hinterschneidung in der jeweiligen Schaltstellung S1 oder S2 zu halten.
Die Kurvenbereiche K4 bzw. K7 sind jeweils mit einer betragsmäßig größeren Steigung als in den Kurvenbereichen K1 und K3 jedoch mit einer kleineren Steigung als in den Kurvenbereichen K5 und K6 ausgeführt, um eine geringe axiale Betätigungsgeschwindigkeit des Bauelementes 12 des formschlüssi- gen Schaltelementes 3 bei einer gleichzeitig großen Betätigungskraft darstellen zu können. Die Kurvenbereiche K4 und K7 sind jeweils zu Betriebszustandsver- läufen des formschlüssigen Schaltelementes 3 äquivalent, während welchen Klauen 19, 20 des formschlüssigen Schaltelementes 3 mit Klauen 21 der Getriebewelle 6 bzw. Klauen 22 der Getriebewelle 8 in Eingriff oder aus dem Eingriff geführt werden. Insbesondere bei einem Lösen einer formschlüssigen Verbindung im Bereich des formschlüssigen Schaltelementes 3 ist auf Grund der gewählten Steigung der Steuerkurven 9A und 9B jeweils eine große Auszugskraft zur Verfügung stellbar.
Die Kurvenbereiche K5 und K6 stellen vorliegend so genannte Verfahrbereiche des Bauelementes 12 des formschlüssigen Schaltelementes 3 dar und sind zu Bethebszuständen des formschlüssigen Schaltelementes 3 äquivalent, während welchen das formschlüssige Schaltelement 3 geöffnet ist. Da die Kurvenbereiche K5 und K6 im Vergleich zu den Kurvenbereichen K1 , K2, K3, K4 und K7 jeweils mit einer größeren Steigung ausgeführt sind, ist eine Schaltung innerhalb einer gewünschten kurzen Schaltzeit durchführbar.
Der zu der dritten Schaltstellung S3 des formschlüssigen Schaltelementes 3 äquivalente Kurvenbereich K2 ist wiederum in Bezug auf die Kurvenbereiche K5 und K6 mit einer betragsmäßig kleineren Steigung ausgebildet, um den Elektromotor 14 während der Synchronisierung zum Beispiel durch einen Antriebsmotor des formschlüssigen Schaltelementes 3 nicht anhalten zu müssen. Dies resultiert aus der Tatsache, dass die dritte Schaltstellung S3 des formschlüssigen Schaltelementes 3 die Neutralstellung bzw. den Neutralbetriebszu- stand des formschlüssigen Schaltelementes 3 darstellt, zu dem weder die Getriebewelle 6 noch die Getriebewelle 8 mit der Getriebewelle 7 verbunden ist und der über die geringe Steigung des Kurvenbereiches K2 und somit durch eine geringe Schaltgeschwindigkeit des Bauelementes 12 des formschlüssigen Schaltelementes 3 über einen im Verhältnis zu den Schaltzeitabschnitten zwischen den Schaltstellungen S1 und S3 bzw. S2 und S3 langen Zeitabschnitt aufrechterhalten wird. Der in Fig. 4 dargestellte Verlauf der Steuerkurve 9A bzw. der Steuerkurve 9B weist in Bezug auf eine Symmetrielinie S einen qualitativ analogen Verlauf für jede Schaltseite des formschlüssigen Schaltelementes 3 auf, wobei jedoch eine quantitative Anpassung des Kurvenverlaufes der Steuerkurven 9A und 9B an verschiedene Klauengeometrien des formschlüssigen Schaltelementes 3 und der Getriebewellen 6 und 8 möglich ist.
Die Übertragung des rotatorischen Antriebs des Elektromotors 14 zwischen von dem Antriebsringelement 16 und auf das zweiten Bauelement 10 der Antriebswandlereinrichtung 5 erfolgt über eine vorgespannte Federeinrichtung 18, wobei eine rotatorische Relativbewegung zwischen dem Antriebsringelement 16 und dem zweiten Bauteil 10 ab einer Betätigungskraft größer als eine vordefinierte Schwellkraft zu einer Veränderung der potentiellen Energie der Federeinrichtung 18 führt. Auf Grund der Vorspannung der Federeinrichtung 18 ist eine die Schwellkraft übersteigende Betätigungskraft erforderlich, um das zweite Bauteil 10 gegenüber dem Antriebsringelement 16 zu verdrehen und im Bereich der Federeinrichtung 18 zu speichern.
Ist beispielsweise ein Durchschalten im Bereich des formschlüssigen Schaltelementes 3 auf Grund einer Zahn-auf-Zahn-Stellung bzw. auf Grund eines Aufeinandertreffens der Klauen 19 oder 20 des formschlüssigen Schaltelementes 3 mit den Klauen 21 bzw. 22 der Getriebewelle 6 oder der Getriebewelle 8 zunächst nicht möglich, wird die vom Elektromotor 14 ins System eingebrachte rotatorische Antriebsenergie im Bereich der Federeinrichtung 18 zwischengespeichert. Löst sich die die Durchschaltung im Bereich des formschlüssigen Schaltelementes 3 verhindernde Blockade im Bereich des formschlüssigen Schaltelementes 3 beispielsweise durch eine für die Durchschaltung erforderliche Differenzdrehzahl zwischen den Schaltelementhälften des formschlüssigen Schaltelementes 3 auf, unterstützt die im Bereich der Federeinrichtung 18 gespeicherte potentielle Energie den Elektromotor 14 beim Beschleunigen der Schiebemuffe 12, wodurch die Schaltzeit des formschlüssigen Schaltelementes 3 kurz gehalten wird. Darüber hinaus werden durch die Vorspannung der Federeinrichtung 18 sowie der Reibung gegenüber dem zweiten Bauteil 10 bzw. dem Stellring der Antriebswandeleinrichtung 5 und der Federeinrichtung 18 auf einfache Art und Weise die Funktionsweise der Vorrichtung 2 beeinträchtigende Schwingungen zwischen dem zweiten Bauteil 10 und dem Antriebsringelement 16 bei unbehindert ablaufenden Schaltungen verhindert.
Grundsätzlich ist die Vorrichtung nach der Erfindung durch einen geringen axialen Bauraumbedarf gekennzeichnet und Schaltungen eines formschlüssigen Schaltelementes sind innerhalb gewünscht kurzer Schaltzeiten mit einem kleinen Elektromotor durchführbar. Zusätzlich ist die erfindungsgemäße Vorrichtung durch eine geringe Teileanzahl gekennzeichnet und daher kostengünstig herstellbar. Des Weiteren sind aufwändige Prüfstanderprobungen und - abstimmungen einer mit der Vorrichtung ausgebildeten Getriebeeinrichtung durch kostengünstigere Simulationen vermeidbar, während welchen jeweils eine Abstimmung der Betriebs- und Bauteilparameter durchgeführt wird.
Bezuqszeichen
1 Getriebeeinrichtung
2 Vorrichtung
3 formschlüssiges Schaltelement
4 Antriebseinrichtung
5 Antriebswandlereinrichtung
6 bis 8 Getriebewelle
9 erstes Bauelement 9A, 9B Steuerkurve
10 zweites Bauelement 10A, 10B Langloch
11 A, 1 1 B Bolzenelement
12 Bauelement des formschlüssigen Schaltelementes
13 Ringnut des formschlüssigen Bauelementes
14 Elektromotor
15 Motorausgangswelle
16 Antriebsringelement
17 Getriebeanordnung
18 Federeinrichtung 19, 20, 21 , 22 Klauen
B1 , B3 Steigungsbereich
K1 bis K7 Kurvenbereich der Steuerkurve
S Symmetrielinie
S1 bis S3 Schaltstellung des formschlüssigen Schaltelementes

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (1 ) zum Betätigen eines wenigstens zwischen zwei Schaltstellungen (S1 , S2, S3) umschaltbaren formschlüssigen Schaltelementes (3) einer Getriebeeinrichtung (1 ) mit einer Antriebseinrichtung (4) und einer Antriebswandlereinrichtung (5) zum Wandeln einer rotatorischen Antriebsbewegung der Antriebseinrichtung (4) in eine translatorische Betätigungsbewegung des formschlüssigen Schaltelementes (3), wobei über das Schaltelement (3) in einer oder zwei Schaltstellungen (S1 bzw. S2) zwei Getriebewellen (6, 7 bzw. 7, 8) drehfest miteinander verbunden sind und in einer weiteren Schaltstellung (S3) des Schaltelementes (3) die Getriebewellen (6, 7 bzw. 7, 8) voneinander entkoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswandlereinrichtung (5) ein erstes Bauelement (9) mit wenigstens einer Steuerkurve (9A, 9B), und ein damit wirkverbundenes zweites Bauelement (10) umfasst, die im Bereich der Steuerkurve (9A, 9B) mit einem mit einer der Getriebewellen (7) drehfest verbundenen und axial verschieblichen Bauelement (12) des formschlüssigen Schaltelement (3) verbunden sind und eine antriebseinrichtungsseitige rotatorische Relativbewegung zwischen dem ersten Bauelement (9) und dem zweiten Bauelement (10) in eine translatorische Bewegung des Bauelementes (12) des Schaltelementes (3) umwandelbar ist, wobei die Steuerkurve (9A, 9B) zumindest in zu den Schaltstellungen (S 1 , S2, S3) des formschlüssigen Schaltelementes (3) äquivalenten Kurvenbereichen (K1 , K2, K3) in Bezug auf die translatorische Betätigungsbewegung des Bauteiles (12) des Schaltelementes (3) jeweils eine betragsmäßig kleinere Steigung aufweist als in zu zwischen den Schaltstellungen (S1 , S2, S3) des formschlüssigen Schaltelementes (3) äquivalenten Kurvenbereichen (K4, K5, K6, K7).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die betragsmäßige Steigung der Steuerkurve (9A, 9B) in Kurvenbereichen (K5, K6), welche zu einem geöffneten Betriebszustand des formschlüssigen Schaltelementes (3) zwischen der Schaltstellung (S1 ) und der weiteren Schaltstellung (S3) sowie zwischen der weiteren Schaltstellung (S3) und einer zusätzlichen Schaltstellung (S2), während welcher die Getriebewellen (7, 8) miteinander drehfest verbunden sind, äquivalent sind, größer ist als in den anderen Kurvenbereichen (K1 bis K4, K7) der Steuerkurve (9A, 9B).
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die betragsmäßige Steigung der Steuerkurve (9A, 9B) in Kurvenbereichen (K4, K7), welche jeweils zu Bethebszustandsverläufen des formschlüssigen Schaltelementes (3) äquivalent sind, während den im Bereich des formschlüssigen Schaltelementes (3) über das Bauelement (12) des Schaltelementes (3) jeweils eine drehfeste Verbindung zwischen zwei der Getriebewellen (6, 7, 8) hergestellt oder gelöst wird, größer ist als in den Kurvenbereichen (K1 bis K3), die zu den Schaltstellungen (S1 , S2, S3) des formschlüssigen Schaltelementes (3) äquivalent sind.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement (12) des Schaltelementes (3) im Bereich einer Ringnut (13) über wenigstens ein Bolzenelement (1 1 A, 11 B) mit dem ersten Bauelement (9) und mit dem zweiten Bauelement (10) wirkverbunden ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Bauelement (10) im Bereich wenigstens eines Langloches (10A, 10B) über das wenigstens eine Bolzenelement (1 1 A, 1 1 B) mit dem ersten Bauelement (9) und mit dem Bauelement (12) des Schaltelementes (3) verbunden ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Antriebseinrichtung (4) und der Antriebswandlereinrichtung (5) eine Federeinrichtung (18) zur Zwischenspeicherung von rotatorischer Antriebsenergie der Antriebseinrichtung (4) angeordnet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinrichtung (18) zwischen einem von einem Elektromotor (14) der An- triebseinrichtung (4) antreibbaren Antriebsringelement (16) und dem zweiten Bauelement (10) vorgesehen ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinrichtung (18) in Einbaulage eine Vorspannung aufweist, zu der im Bereich der Federeinrichtung (18) bei Anliegen einer Betätigungskraft größer als eine Schwellkraft potentielle Energie speicherbar ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer Motorausgangswelle (15) des Elektromotors (14) der Antriebseinrichtung (4) und dem Antriebsringelement (16) eine Getriebeanordnung (17) vorgesehen ist, in deren Bereich eine Rotationsbewegung des Elektromotors (14) ins Langsame übersetzt wird.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeanordnung (17) als Stirnradgetriebe ausgebildet ist.
1 1. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeanordnung ein Schneckengetriebe aufweist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile der Antriebswandlereinrichtung (5) und des formschlüssigen Schaltelementes (3) koaxial zueinander angeordnet sind.
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