DE10232873A1

DE10232873A1 - Elektromechanischer Getriebesteller

Info

Publication number: DE10232873A1
Application number: DE2002132873
Authority: DE
Inventors: Frank Dipl.-Ing. Miehle; Jürgen NEUENFELD
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2002-07-19
Filing date: 2002-07-19
Publication date: 2004-01-29
Also published as: WO2004010032A1; EP1523633A1

Abstract

Ein elektromechanischer Getriebesteller umfasst eine erste Antriebsvorrichtung (10, 12, 14) zur Ausübung einer Wählbewegung einer Wähl- und Schaltwelle (8) in einem Getriebegehäuse (4) eines Getriebes (2) eines Kraftfahrzeuges mit einem ersten Elektromotor (14) und eine zweite Antriebsvorrichtung (16, 18, 20) zur Ausübung einer Schaltbewegung der Wähl- und Schaltwelle (8) mit einem zweiten Elektromotor (16). Ein Kraftspeicher (24) ist auf der Wähl- und Schaltwelle (8) angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektromechanischen Getriebesteller nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Fahrzeuge mit automatisierten Schaltgetrieben sind seid längerer Zeit am Markt vorhanden. Bevorzugter Einsatzbereich sind hier kommerziell genutzte Fahrzeuge wie Transporter oder LKW. In der jüngeren Vergangenheit werden auch vermehrt PKW in sportlichen Anwendungen oder Kleinwagen mit solchen Getriebe ausgerüstet. Ziel ist es, den Fahrer vom Gangwechsel im Fahrzeug zu entlasten und insgesamt einen komfortableren und sichereren Betrieb zu ermöglichen. Fahrzeuge mit solchen Getrieben verfügen üblicherweise über zwei Pedale als Fahrpedal und Bremse. Das Kupplungspedal kann entfallen. Im Fahrzeug steht ein Fahrschalter zur Wahl der Betriebsart zur Verfügung. Hier kann zwischen Automatikmodus, Handschaltmodus und Rückwärtsgang gewählt werden. Ist der Automatikmodus gewählt, erfolgt die Übersetzungsanpassung automatisch. Insbesondere im NKW-Bereich existieren verschiedene Lösungen für die Automatisierung von Schaltgetrieben. So gibt es verschiedene Varianten, wie beispielsweise pneumatische, hydraulische oder rein elektrische Systeme. Welche Variante gewählt wird hängt im wesentlichen von der Fahrzeugklasse und der damit verfügbaren Energiearten in diesen Fahrzeugen zusammen. Weiterhin ist der Leistungsbedarf der verwendeten Aktuatoren eine wichtige Kenngröße. Als Aktuatoren werden systemabhängig Pneumatik- oder Hydraulikzylinder oder Elektromotoren verwendet, die über Getriebe die Wähl- und Schalteinrichtungen antreiben. Aktuatoren, die von Elektromotoren angetrieben werden, stellen besonders kostengünstige Konstruktionen dar.

Bei Getrieben von Fahrzeugen ist es seit langem ein Bedürfnis, ein bestehendes mechanisches Getriebe, das manuell geschaltet wird, weiterzuverwenden mit einem automatisierungsfähigen, elektromechanischen Getriebesteller. Elektromechanische Getriebesteller zur Schaltung eines Fahrzeuggetriebes sind vielfältig bekannt. Dabei wird ein Getriebe verwendet, das entweder mit dem Getriebesteller zusammen entwickelt wird, oder das Adaptionselemente aufweist, die an dem Getriebe zum Zusammenwirken mit dem Getriebesteller vorgesehen werden müssen. So zeigt die DE 101 43 325 A1 der Anmelderin, deren Inhalt auch vollständig Inhalt dieser Anmeldung sein soll, ein Getriebe mit einem elektromechanischen Getriebesteller, der an einem Getriebe als separater Aktuator angeordnet ist und eine Wähl- und Schaltwelle betätigt. Bei dieser Anordnung muss für den Getriebesteller ein Eingriff in die Schaltung im Getriebegehäuse geschaffen werden oder zumindest ist durch die Anordnung des Getriebestellers auf dem Getriebegehäuse eine platzsparende Anordnung, wie sie beispielsweise in einem Fahrzeug- bzw. Getriebetunnel eines PKW erforderlich ist, nicht möglich.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine platzsparende Anordnung eines Getriebestellers an einem Getriebe im Fahrzeug zu ermöglichen. Es ist weiterhin Aufgabe der vorliegenden Erfindung, an einem bestehenden Getriebe einen Getriebesteller anzuordnen, ohne in das Getriebe eingreifen zu müssen.

Die Aufgabe wird gelöst durch einen elektromechanischen Getriebesteller mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Ein elektromechanischer Getriebesteller umfasst eine erste Antriebsvorrichtung zur Ausübung einer Wählbewegung einer Wähl- und Schaltwelle in einem Getriebegehäuse eines Getriebes eines Kraftfahrzeuges mit einem ersten Elektromotor. Der Getriebesteller umfasst weiter eine zweite Antriebsvorrichtung zur Ausübung einer Schaltbewegung der Wähl- und Schaltwelle mit einem zweiten Elektromotor. Ein Kraftspeicher ist Teil der zweiten Antriebsvorrichtung und er ist auf der Wähl- und Schaltwelle angeordnet. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Kraftspeicher auf der Wähl- und Schaltwelle derart angeordnet, dass er mit der Wähl- und Schaltwelle axial verschiebbar ist und relativ zur Wähl- und Schaltwelle verdrehbar ist. In einer Ausführungsform umfasst der Kraftspeicher eine Federeinrichtung, die in einer Federhülse angeordnet ist. Die Federhülse ist unter gleichzeitiger Vorspannung der Federeinrichtung durch die zweite Antriebsvorrichtung axial relativ zur Wähl- und Schaltwelle bewegbar. In einer Ausführungsform weist die Federhülse eine Verzahnung auf, in die eine Verzahnung am zweiten Elektromotor der zweiten Antriebsvorrichtung zur Ausübung der Schaltbewegung eingreift, wobei dieser Einriff wenigstens mittelbar erfolgt, also nicht unmittelbar erfolgen muss. So zeigt eine Ausgestaltung, dass zwischen dem zweiten Elektromotor der zweiten Antriebsvorrichtung und der Federhülse ein Getriebe vorgesehen ist. Eine vorteilhafte Ausgestaltungsform weist an der ersten Antriebsvorrichtung zur Ausübung der Wählbewegung ein Segmentzahnrad an der Wähl- und Schaltwelle auf, das drehfest mit der Wähl- und Schaltwelle verbunden ist. Das Segmentzahnrad besitzt eine Verzahnung, in die eine Verzahnung am ersten Elektromotor der ersten Antriebsvorrichtung zur Verdrehung der Wähl- und Schaltwelle und zur Ausübung der Wählbewegung wenigstens mittelbar eingreift, also der Eingriff nicht unmittelbar erfolgen muss. In einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung sind an dem ersten und zweiten Elektromotor oder an der Wähl- und Schaltwelle Sensoren vorgesehen sind, die die Position der Wähl- und Schaltwelle erfassen. Vorzugsweise sind die Verzahnungen Schneckenradverzahnungen oder Stirnradverzahnungen. Der Kraftspeicher kann auf der Wähl- und Schaltwelle lösbar angeordnet sein.

Durch den vorgeschlagenen elektromechanischen Getriebesteller gelingt es, mit elektrischen Antriebsmotoren, die entlang der Getriebeachsen verbaut sind, enge Fahrzeugtunnelgeometrien zu tolerieren und in eingeschränkten Raumverhältnissen einen Getriebesteller zu integrieren, der auf die sonst bei elektro-hydraulischen Getriebestellern notwendige Energie-Druck-Speicher und deren aufwendige Leitungssysteme verzichten kann. Der an der Wähl- und Schaltwelle angeordnete Kraftspeicher gewährleistet bei einem einfachen und geringen Raum beanspruchenden Aufbau eine Schonung sowohl der im Getriebe vorgesehenen Synchronisierungen als auch des gesamten sonstigen Antriebsstranges des Getriebestellers. Für die Wählbewegungen ist ein solcher Kraftspeicher nicht erforderlich und kann weggelassen werden.

Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

1 eine Darstellung eines Getriebes mit Getriebesteller;

2 die Anordnung des Getriebestellers am Getriebe;

3 eine Wähl- und Schaltwelle mit Kraftspeicher;

4 eine erste andere Ansicht des Kraftspeichers und

5 eine zweite andere Ansicht des Kraftspeichers.

Ein Getriebe 2 für ein Kraftfahrzeug umfasst ein Getriebegehäuse 4, an dessen einer Kupplungsglocke 6 entgegengesetztem Ende eine Wähl- und Schaltwelle 8 herausragt. An dieser Wähl- und Schaltwelle 8 ist ein Zahnradsegment 10 drehfest angeordnet. Eine Verzahnung des Zahnradsegmentes 10 greift in eine hier nicht gezeigte Verzahnung an einer Motorwelle 12 eines ersten Elektromotors 14 ein. Der erste Elektromotor 14 übt durch Verdrehen der Wähl- und Schaltwelle 2 über das Zahnradsegment 10 die Wählbewegung auf die Schalteinrichtung des Getriebes 2 aus. Ein zweiter Elektromotor 16 treibt über eine Motorwelle 18 ein Zahnrad 20 an, das auf einer Zwischenwelle 22 gelagert ist. Das Zahnrad 20 greift mit seiner Verzahnung außer in die Motorwelle 18 auch in eine Verzahnung an der Wähl- und Schaltwelle 8 ein, so dass durch eine Betätigung des zweiten Elektromotors 16 die Wähl- und Schaltwelle axial aus dem Getriebegehäuse 4 heraus, bzw. in das Getriebegehäuse 4 hinein bewegt wird. Dadurch übt der zweite Elektromotor 16 durch axiales Verschieben der Wähl- und Schaltwelle 2 über das Zahnrad 20 die Schaltbewegung auf die Schalteinrichtung des Getriebes 2 aus.
Die 2 zeigt die zu der 1 benannten Elemente aus einer anderen Ansicht vom hinteren Teil des Getriebes 2 aus gesehen. Durch die Anordnung des Getriebestellers am Ende des Getriebes 2, wobei der Getriebesteller die Außen kontur des Getriebegehäuses quasi nicht überragt, eignet er sich besonders zu einer Anordnung im ansonsten sehr engen Getriebe- oder Fahrzeugtunnels, insbesondere eines heckgetriebenen Fahrzeugs mit Frontmotor. Dabei kann die Abtriebswelle des Getriebes 2 problemlos am Getriebesteller vorbeigeführt werden.
Die 3 zeigt eine Ausgestaltung des Getriebestellers in einer anderen Ansicht. Das an der Wähl- und Schaltwelle angeordnete Zahnradsegment 10 greift in die Motorwelle 12 des ersten Elektromotors 14 ein. Die Motorwelle 18 des zweiten Elektromotors 16 verdreht über die Zwischenwelle 22 das Zahnrad 20. Eine Verzahnung 26 am Zahnrad 20 greift in eine Verzahnung 28 an einer Federhülse 30 ein. Die Federhülse 30 ist am Ende der Wähl- und Schaltwelle 8 mit einer Verschraubung 32 lösbar befestigt, wobei die Wähl- und Schaltwelle 8 mit einem im Durchmesser verringerten Ende 34 in die Federhülse 30 hineinragt (4 und 5). Die Verschraubung 32 ist innerhalb der Federhülse 30 gleitend angeordnet. Innerhalb der Federhülse 30 sind zwei Kammern 36 und 38 vorgesehen, in denen jeweils eine Spiralfeder 40 und 42 angeordnet ist. Alternativ kann auch nur eine Spiralfeder um das Ende 34 der Wähl- und Schaltwelle 8 angeordnet sein, in die Stege in der Federhülse 30 in geeigneter Weise derart eingreifen, dass bei einer axialen Bewegung der Federhülse 30 relativ zu der Wähl- und Schaltwelle 8 die Spiralfeder unter Vorspannung gebracht wird. In der gezeigten Ausführung wird bei einer Verdrehung der Motorwelle 18 über die Verzahnung 26 am Zahnrad 20 die Federhülse 30 entsprechend des Bewegungspfeiles 44 relativ zum Ende 34 und damit relativ zur Wähl- und Schaltwelle 8 bewegt. Dadurch spannt sich in der Kammer 36 oder 38 entweder die Spiralfeder 40 oder 42 vor, solange im Getriebe 2 keine Synchrondrehzahlen der zu schaltendenden Bauteile gegeben vorliegen und der Schaltvorgang nicht abgeschlossen werden kann. Die Federhülse 30 gleitet dabei auf dem Ende 34 der Wähl- und Schaltwelle 8 und damit auch auf der Verschraubung 32. Liegen Synchronbedingungen im Getriebe 2 vor, entspannt sich die Spiralfeder 40 oder 42 und verschiebt die Wähl- und Schaltwelle 8 über die Federkraft relativ zur Federhülse 30, so dass der Schaltvorgang abgeschlossen ist und der Gang eingelegt ist. Die Bewegung der Federhülse entweder in die eine oder andere Richtung entsprechend des Bewegungspfeiles 44 entspricht der Schaltung der beiden Gänge in einer Schaltgasse. Die als Kraftspeicher 24 wirkende Federhülse 30 mit den Spiralfedern 40 und 42 bietet eine sehr platzsparende Anordnung am Getriebe 2.

2: Getriebe
4: Getriebegehäuse
6: Kupplungsglocke
8: Wähl- und Schaltwelle
10: Zahnradsegment
12: Motorwelle
14: Elektromotor
16: Elektromotor
18: Motorwelle
20: Zahnrad
22: Zwischenwelle
24: Kraftspeicher
26: Verzahnung
28: Verzahnung
30: Federhülse
32: Verschraubung
34: Ende
36: Kammer
38: Kammer
40: Spiralfeder
42: Spiralfeder
44: Bewegungspfeil

Claims

Elektromechanischer Getriebesteller, der eine erste Antriebsvorrichtung (10, 12, 14) zur Ausübung einer Wählbewegung einer Wähl- und Schaltwelle (8) in einem Getriebegehäuse (4) eines Getriebes (2) eines Kraftfahrzeuges mit einem ersten Elektromotor (14) und eine zweite Antriebsvorrichtung (16, 18, 20) zur Ausübung einer Schaltbewegung der Wähl- und Schaltwelle (8) mit einem zweiten Elektromotor (16) und einem Kraftspeicher (24) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftspeicher (24) auf der Wähl- und Schaltwelle (8) angeordnet ist.
Elektromechanischer Getriebesteller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftspeicher (24) auf der Wähl- und Schaltwelle (8) derart angeordnet ist, dass er mit der Wähl- und Schaltwelle (8) axial verschiebbar ist und relativ zur Wähl- und Schaltwelle (8) verdrehbar ist.
Elektromechanischer Getriebesteller nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftspeicher (24) eine Federeinrichtung (40, 42) umfasst, die in einer Federhülse (30) angeordnet ist, und die Federhülse (30) unter gleichzeitiger Vorspannung der Federeinrichtung (40, 42) durch die zweite Antriebsvorrichtung (16, 18, 20) axial relativ zur Wähl- und Schaltwelle (8) bewegbar ist.
Elektromechanischer Getriebesteller nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Federhülse (30) eine Verzahnung (28) aufweist, in die eine Verzahnung am zweiten Elektromotor (16) der zweiten Antriebsvorrichtung (16, 18, 20) zur Ausübung der Schaltbewegung wenigstens mittelbar eingreift.
Elektromechanischer Getriebesteller nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem zweiten Elektromotor (16) der zweiten Antriebsvorrichtung (16, 18, 20) und der Federhülse (30) eine Getriebe (18, 20) vorgesehen ist.
Elektromechanischer Getriebesteller nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Antriebsvorrichtung (10, 12, 14) zur Ausübung der Wählbewegung ein Segmentzahnrad (10) an der Wähl- und Schaltwelle (8) aufweist, das drehfest mit der Wähl- und Schaltwelle (8) verbunden ist und das eine Verzahnung aufweist, in die eine Verzahnung am ersten Elektromotor (14) der ersten Antriebsvorrichtung (10, 12, 14) zur Ausübung zur Verdrehung der Wähl- und Schaltwelle (8) und Ausübung der Wählbewegung wenigstens mittelbar eingreift.
Elektromechanischer Getriebesteller nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass an dem ersten (14) und zweiten (16) Elektromotor oder an der Wähl- und Schaltwelle (8) Sensoren vorgesehen sind, die die Position der Wähl- und Schaltwelle (8) erfassen.
Elektromechanischer Getriebesteller nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnungen (26, 28) Schneckenradverzahnungen oder Stirnradverzahnungen sind.
Elektromechanischer Getriebesteller nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftspeicher (24) auf der Wähl- und Schaltwelle (8) lösbar angeordnet ist.