DE10023107C2 - Aktuator für ein automatisierbares Kraftfahrzeuggetriebe - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Aktuator für ein auto­ matisierbares Getriebe für Kraftfahrzeuge, mit einer Mehrzahl von Gängen, denen Schaltkupplungen zum Ein- und Auslegen der­ selben zugeordnet sind, wobei wenigstens eine Schaltkupplung zum Ein- und Auslegen wenigstens eines Ganges mittels des Ak­ tuators betätigbar ist, wobei der Aktuator eine Schaltwalze mit wenigstens einer Umfangsspur aufweist, durch deren Verlauf die Schaltkupplung bei Drehbewegungen der Schaltwalze betätigt wird, und wobei der Aktuator einen fluidmechanischen Drehan­ trieb für die Schaltwalze aufweist.

Ein solches automatisierbares Getriebe ist aus der US 5,411,448 A bekannt.

Bei automatisierbaren Getrieben für Kraftfahrzeuge, insbe­ sondere für Personenkraftwagen, gibt es einen Trend hin zu ei­ ner Automatisierung von Handschaltgetrieben, die eine form­ schlüssige Kraftübertragung bereitstellen. Der Grund liegt in dem besseren Wirkungsgrad gegenüber herkömmlichen Automatik­ getrieben mit hydrodynamischem Wandler, und in geringeren Ko­ sten. Vom Komfort her werden annähernd die Maßstäbe erreicht, die ein herkömmliches Automatikgetriebe bietet.

Aus der DE 196 15 267 C1 ist eine Schaltanordnung für ein auto­ matisierbares Handschaltgetriebe bekannt. Zur Anwahl einer be­ stimmten Schaltkupplung wird eine einfach wirkende Kolben-/Zylinderanordnung verwendet. Für Schaltvorgänge mittels der angewählten Schaltkupplung ist eine doppelt wirkende Kol­ ben-/Zylinderanordnung vorgesehen. Diese bekannte Schaltanord­ nung eignet sich insbesondere zur Realisierung von Add-on- Lösungen, also zur Automatisierung von existierenden Hand­ schaltgetrieben. Die einfach wirkende Kolben-/Zylinderanordnung und die doppelt wirkende Kolben-/Zylinderanordnung sind zuein­ ander senkrecht angeordnet.

Ein weiteres automatisiertes Handschaltgetriebe ist bekannt aus der DE 196 12 690 C1. Dieses Getriebe wurde von vorne herein für eine Automatisierung entwickelt. Es umfaßt eine Schalt­ walze, die eine Mehrzahl von Umfangsspuren aufweist. Jede Um­ fangsspule ist über einen Gleitstein mit einer Schaltmuffe ge­ koppelt, und dient zur Betätigung einer oder zweier Schaltkupp­ lungen.

Die Schaltwalze wird von einem Elektromotor angetrieben, der parallel zu der Schaltwalze angeordnet ist. Der Antrieb erfolgt über ein Untersetzungsgetriebe.

Die eingangs genannte Druckschrift US 5,411,448 A betrifft ein Getriebe für Motorräder. Zum Betätigen der Schaltkupplungen zum Ein- und Auslegen von Gängen ist eine Schaltwalze vorgesehen. Die Schaltwalze ist zum einen nach der Art eines Kurbeltriebs über einen Hebelarm betätigbar. Am Ende des Hebelarms ist ein Zahnradsektor vorgesehen. Der Zahnradsektor kämmt mit einem Losrad. Das Losrad kämmt ferner mit einem Antriebszahnrad. Das Antriebszahnrad ist mit einem pneumatischen Drehantrieb ge­ koppelt. Der pneumatische Drehantrieb ist als Kammer mit einem Drehkolben ausgebildet. Der Drehkolben ist unmittelbar mit dem Antriebszahnrad verbunden. Durch geeignete Einleitung von Druckluft wird der Drehkolben in der Kammer gedreht. Über das Antriebszahnrad und das Losrad wird der Zahnradsektor des He­ bels gedreht. Durch die Hebelbewegung wird die Schaltwalze nach der Art einer Kurbel angetrieben. Folglich läßt sich das Motorradgetriebe schalten, ohne daß der Fahrer das Fußpedal be­ nutzen muß.

Aus der DE 43 09 027 A1 ist ein Stellzylinder, insbesondere für die Betätigung einer Schaltwelle eines Schaltgetriebes für Kraftfahrzeuge bekannt, der aus einem Gehäuse besteht, in dem ein Stellkolben angeordnet und mit der Schaltwelle des Schalt­ getriebes fest verbunden ist. Der Stellkolben ist hydraulisch beaufschlagbar und über ein Druckmittel im Gehäuse axial ver­ schiebbar und drehbar beweglich gelagert aufgenommen.

Ferner offenbart die DE 195 07 705 A1 ein Stellantriebssystem für Schaltgetriebe von Kraftfahrzeugen, mit einem Stellantrieb, der direkt mit der Schaltwelle verbunden ist, und einem weiteren Stellantrieb zum Durchführen von Wählvorgängen.

Das der Erfindung zugrunde liegende Problem besteht darin, ei­ nen verbesserten Aktuator für ein automatisiertes Getriebe für Kraftfahrzeuge, insbesondere für Personenkraftwagen anzugeben.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Aktuator erfin­ dungsgemäß dadurch gelöst, daß der Drehantrieb eine koaxial zu der Schaltwalze ausgerichtete Kolben-/Zylinderanordnung auf­ weist, die einen Ringkolben aufweist, der auf einer getriebe­ fest angeordneten Kolbenstange axial und über eine Koppelvor­ richtung mit einer wendelförmigen Profilierung drehbeweglich angeordnet ist, durch deren Verlauf dem Ringkolben bei hydrau­ lisch beaufschlagter Axialbewegung zwangsweise eine Drehbewe­ gung aufprägbar ist, wobei der Zylinder innerhalb der Schalt­ walze angeordnet und der Ringkolben zur Übertragung der Drehbe­ wegung auf die Schaltwalze über eine weitere Koppeleinrichtung mit einer Längsspur axial beweglich, jedoch drehfest mit der Schaltwalze verbunden ist.

Durch den fluidmechanischen Drehantrieb wird generell ein höhe­ rer Wirkungsgrad erzielt als bei einem elektromotorischen Drehantrieb. Eine derartige lineare Kolben-/Zylinderanordnung ist leichter abzudichten und kostengünstiger zu fertigen als eine Drehkolbenanordnung und weist zudem einen besseren Wir­ kungsgrad auf. Eine koaxiale Anordnung von Hubachse und Dreh­ achse ist baulich besonders günstig.

Durch die Anordnung des Zylinders innerhalb der Schaltwalze wird Bauraum eingespart. Ferner können sämtliche Drehelemente um eine Achse drehbar ausgebildet werden.

Insgesamt wirkt der Ringkolben gemeinsam mit der einen Koppel­ einrichtung als Translations-Rotationswandler. Durch das Be­ reitstellen einer getriebefesten Kolbenstange, die koaxial zu der Schaltwalze ausgerichtet ist, läßt sich eine hochbean­ spruchbare und trotzdem kompakte Konstruktion des Aktuators er­ zielen.

Vorzugsweise ist der Drehantrieb ein Drehantrieb mit einem be­ grenzten Drehwinkel.

Ein solcher Drehantrieb läßt sich konstruktiv besonders günstig mit einer linearen Kolben-/Zylinderanordnung kombinieren.

Ferner ist es besonders bevorzugt, wenn die wendelförmige Pro­ filierung einen Steigungswinkel im Bereich von 10° bis 80°, insbesondere von 30° bis 50° aufweist.

Bei solchen Steigungswinkeln wird eine Selbsthemmung generell vermieden. Ferner lassen sich bei vergleichsweise geringen Hü­ ben relativ große Drehwinkel erzielen. Der Steigungswinkel be­ stimmt die Übersetzung der hydraulischen Kraft in das Dreh­ moment des Antriebs. Bei zu großen Steigungen wird der Hub des Ringkolbens zu groß, was sich nachteilig auf Bauraum und Dyna­ mik auswirkt. Bei niedrigeren Steigungen sinkt der Wirkungsgrad und die Regelbarkeit wird erschwert.

Ferner ist es bevorzugt, wenn zumindest eine der Koppelvorrich­ tungen die Verdrehbarkeit der Schaltwalze begrenzt.

Der durch die Begrenzung erzielbare maximale Schwenkwinkel wird durch den axialen Bauraum (Hub des Ringkolbens), den wirksamen Durchmesser der wendelförmigen Profilierung und den Steigungs­ winkel bestimmt. Mit einem kleinen Wendeldurchmesser wird ein kurzer Hub erzielt, wobei der Durchmesser wiederum durch die hydraulischen Eckdaten (Kolbenfläche) bestimmt wird.

Die Schwenkwinkel sind generell nicht auf bestimmte Werte be­ schränkt, können bei einem typischen Anwendungsfall jedoch im Bereich von 230° bis 250° liegen. Denkbar ist es auch, daß der Schwenkwinkel nicht durch die Koppelvorrichtung, sondern allein durch den maximalen Hub der Kolben-/Zylinderanordnung gebildet wird.

Besonders bevorzugt ist es ferner, wenn die Kolbenstange einen Hohlkanal zur Fluidleitung aufweist.

Dies ist insbesondere dann von Nutzen, wenn die Kolben-/Zylinderanordnung doppelwirkend ist. Der Hohlkanal dient dann vorzugsweise zur Versorgung eines Druckraumes, der entfernt vom Einspeiseende liegt.

Von Vorteil ist es ferner, wenn zumindest eine der Koppelein­ richtungen einen Koppelstift aufweist, der in eine entsprechen­ de Koppelnut greift.

Auf diese Weise können die Koppeleinrichtungen bei geringem konstruktivem Aufwand robust und radial kurz bauend ausgebildet werden.

Besonders bevorzugt ist es, wenn die Kolben-/Zylinderanordnung einen Zylinder mit einer Öffnung und einen Kolben aufweist, der durch die Öffnung mit der Schaltwalze gekoppelt ist.

Der Zylinder sorgt für eine hohe Belastbarkeit der Kolben-/Zylinderanordnung. Die Kopplung erfolgt durch die Öff­ nung in den Zylinder.

Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn der Zylinder starr mit der Kolbenstange verbunden ist, an der der Ringkolben gelagert ist.

Auf diese Weise ergibt sich ein insgesamt besonders starrer Aufbau der Kolben-/Zylinderanordnung.

Besonders bevorzugt ist es, wenn der Zylinder zweiteilig ausge­ bildet ist.

Auf diese Weise läßt sich die Kolben-/Zylinderanordnung leicht montieren.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform bildet die Schaltwalze den Zylinder der Kolben-/Zylinderanordnung.

Dies führt zu einer Einsparung von Bauteilen und auch von abzu­ dichtenden Stellen.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Ring­ kolben zweiteilig ausgebildet.

Durch die zweiteilige Form läßt sich der Ringkolben bei ge­ ringem Herstellungsaufwand sowohl mit einer Innen- als auch ei­ ner Außennut versehen.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Kolben-/Zylinderanordnung nach der Art einer Patrone vor­ montiert in die Schaltwalze eingebaut.

Auf diese Weise läßt sich das Getriebe insgesamt kostengünstig herstellen.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nach­ stehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer ersten Aus­ führungsform eines Getriebes gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung;

Fig. 2 eine Abwicklung des Innenumfangs eines Ringkolbens einer in Fig. 1 gezeigten Kolben-/Zylinderanordnung;

Fig. 3 eine Abwicklung des Außenumfanges des Ringkolbens;

Fig. 4 eine Schnittansicht einer alternativen Ausführungs­ form eines Aktuators für das in Fig. 1 gezeigte Ge­ triebe;

Fig. 5 eine weitere alternative Ausführungsform eines Ak­ tuators für das in Fig. 1 gezeigte Getriebe;

Fig. 6 einen alternativen Ringkolben;

Fig. 7 eine alternative Ausführungsform einer Lagerung einer Schaltwalze und eines zugeordneten Aktuators; und

Fig. 8 eine alternative Ausführungsform einer Abdichtung zwischen Kolben und Zylinder einer Kolben-/Zylinder­ anordnung.

Eine erste Ausführungsform eines Getriebes gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ist in Fig. 1 generell mit 10 bezeichnet.

Das Getriebe 10 ist Teil eines Antriebsstranges eines Personen­ kraftwagens und ist über eine oder mehrere Anfahr- und Trenn­ kupplung(en) 12 mit einem Motor 14 verbindbar. Die Anfahr- und Trennkupplung(en) 12 ist gewöhnlich als Trockenreibkupplung oder Naßkupplung, gegebenenfalls als Doppelkupplung, ausge­ bildet. Der Motor 14 ist üblicherweise ein Verbrennungsmotor.

Zumindest das Getriebe 10 und die Anfahr- und Trennkupplung 12 werden von einer gemeinsamen Steuervorrichtung 16 angesteuert. Die Steuervorrichtung 16 kann Teil einer zentralen Steuerung des Kraftfahrzeugs sein, mittels der auch die Motorelektronik gesteuert wird.

In bezug auf die Anfahr- und Trennkupplung 12 löst die Steuer­ vorrichtung 16 mittels eines nicht dargestellten Aktuators zu geeigneten Zeitpunkten Öffnungs- und Schließvorgänge der Kupp­ lung aus.

Das Getriebe 10 ist typischerweise ein Stufengetriebe in Vor­ gelegebauweise mit einer Mehrzahl von Radsätzen 20 entsprechend einer Mehrzahl von Gängen, z. B. 4, 5, 6 oder mehr Gänge.

Jeder Radsatz weist ein Losrad 22 auf, von denen eines in Fig. 1 dargestellt ist. Das Losrad ist mit einer Getriebewelle 24 mittels einer vorzugsweise formschlüssig wirkenden Schaltkupp­ lung 18 verbindbar, die bspw. als Synchronkupplung, als Klauen­ kupplung, Ziehkeilkupplung etc. ausgebildet sein kann.

Die Schaltkupplung 18 wird von einem Aktuator betätigt, der in Fig. 1 generell mit 26 bezeichnet ist. Der Aktuator 26 wird an­ gesteuert von der Steuervorrichtung 16, mittels einer Steuer­ leitung 28.

Der Aktuator 26 umfaßt eine Schaltwalze 30, die um eine Achse 31 drehbar gelagert ist. Die Schaltwalze 30 ist innerhalb des Gehäuses 32 des Getriebes 10 drehbar gelagert, bspw. mittels eines Lagerblockes 34, der ein Axiallager bildet, und eines La­ gerblockes 36, der ein Radiallager für die Schaltwalze 30 bil­ det.

Die Schaltwalze 30 weist ferner eine Mehrzahl von Umfangsnuten 38 auf, in die jeweilige Gleitsteine 40 greifen, von denen in Fig. 1 einer dargestellt ist. Jeder Gleitstein 40 ist mit einer Schaltmuffe (nicht dargestellt) gekoppelt, mittels der eine oder zwei Schaltkupplungen 18 betätigbar sind.

Die Umfangsnuten 38 sind so ausgestaltet, daß eine Drehbewegung der Schaltwalze 30 eine Axialbewegung eines jeweiligen Gleit­ steins 40 und damit einen Betätigungsvorgang einer Schaltkupp­ lung 18 auslöst.

Die Umfangsnuten 38 bilden folglich Steuerkurven mit Steuer­ nocken, die in geeigneter Weise über den Umfang der Schaltwalze 30 verteilt angeordnet sind, wie es an sich im Stand der Tech­ nik bekannt ist.

Zum Einleiten von Drehbewegungen der Schaltwalze 30 dient ein allgemein bei 42 gezeigter Schwenkantrieb auf der Grundlage ei­ ner linearen Kolben-/Zylinderanordnung.

Die Schaltwalze 30 ist als Hohlwalze ausgebildet. Die Kolben-/Zylinderanordnung 42 ist im Inneren der Schaltwalze 30 aufgenommen.

Die Kolben-/Zylinderanordnung 42 weist eine Kolbenstange 44 auf, die drehfest koaxial zu der Schaltwalze 30 angeordnet ist. Auf der Kolbenstange 44 ist ein Ringkolben 46 axial verschieb­ lich gelagert. Der Innenumfang des Ringkolbens 46 umgreift die Kolbenstange 44. Der Außenumfang des Ringkolbens 46 liegt an dem Innenumfang der Schaltwalze 30 an. Die Schaltwalze 30 bil­ det folglich den Zylinder der Kolben-/Zylinderanordnung 42.

Zu den beiden Seiten des Ringkolbens 46 ist jeweils ein Druck­ raum A, B ausgebildet. Die Kolben-/Zylinderanordnung 42 läßt sich folglich in beide Bewegungsrichtungen gleichermaßen hoch­ dynamisch ansteuern.

Die Ansteuerung erfolgt mittels einer Ventileinrichtung 48, die Steuersignale über die Leitung 28 von der Steuervorrichtung 16 empfängt. Die in Fig. 1 lediglich schematisch gezeigte Ventil­ einrichtung 48 versorgt entweder den Druckraum A oder den Druckraum B mit Hydraulikfluid, das unter Druck stehend mittels einer Pumpe aus einem Reservoir gefördert wird. In ebenfalls an sich bekannter Weise wird Hydraulikfluid, das aus einem der Druckräume A, B verdrängt wird, in das Reservoir zurück­ geleitet.

Am Innenumfang (Fig. 2) ist der Ringkolben 46 mit einer Wendel­ nut 50 versehen. Am Außenumfang (Fig. 3) ist der Ringkolben 46 mit einer Axialnut 52 versehen.

In die Wendelnut 50 greift ein Koppelstift 54, der drehfest und axial unverschieblich mit der Kolbenstange 44 verbunden ist. In die Axialnut 52 greift ein weiterer Koppelstift 56, der dreh­ fest und axial unverschieblich mit der Schaltwalze 30 verbunden ist.

Die Wendelnut 50, die sich über den Innenumfang des Ringkolbens 46 erstreckt, weist einen Steigungswinkel 59 zu einer Ebene senkrecht zur Achse 31 von bspw. 40° auf. Die Wendelnut 50 er­ streckt sich dabei über einen Schwenkwinkel von bspw. 240°.

Die Funktionsweise des Aktuators 26 für die Schaltkupplung 18 ist wie folgt.

In einem beispielhaft angenommenen Ausgangszustand, wie in Fig. 1 gezeigt, ist die Schaltkupplung 18 geöffnet. Zum Schließen der Schaltkupplung 18 gibt die Steuervorrichtung 16 ein Signal über die Leitung 28 an die Ventileinrichtung 48 ab. Die Ventil­ einrichtung 48 verbindet den Druckraum A mit der Hydraulik­ fluidversorgung. Gleichzeitig wird ein Abfluß des Druckraumes B geöffnet. Folglich wird der Ringkolben 46 in der Darstellung der Fig. 1 nach rechts bewegt, wie es durch einen bei 60 ange­ deuteten Pfeil gezeigt ist. Durch den Eingriff des Koppelstif­ tes 54 in die Wendelnut 50 vollzieht der Ringkolben 46 dabei zwangsweise eine Drehbewegung, wie sie durch einen Pfeil 62 in den Fig. 1 und 3 angedeutet ist. Aufgrund des Eingriffes des Koppelstiftes 56 in die Axialnut 52 wird die Schaltwalze 30 bei diesem Drehvorgang mitgenommen. Durch eine geeignete Ausgestal­ tung der Umfangsnut 38 wird der Gleitstein 40 bei der Drehbewe­ gung der Schaltwalze 30 nach rechts versetzt, wie es durch ei­ nen Pfeil 64 angedeutet ist. Der Gleitstein 40 nimmt dabei eine Schaltmuffe mit (nicht gezeigt), wodurch die Schaltkupplung 18 geschlossen wird.

Um die Schaltkupplung 18 anschließend wieder zu öffnen, wird der Druckraum B mit der Versorgung für Hydraulikfluid ver­ bunden, und das Hydraulikfluid im Druckraum A wird verdrängt, bis wieder der Ausgangszustand erreicht ist. Für eine Drehung der Schaltwalze in die entgegengesetzte Richtung würde aus­ gehend von der Position der Fig. 1 zuerst der Druckraum B mit der Hydraulikfluidversorgung verbunden werden.

Eine weitere Ausführungsform eines Aktuators 70 zur Betätigung einer Schaltkupplung 18 ist in Fig. 4 gezeigt.

In Fig. 4 sind Elemente, die im wesentlichen die gleiche Struk­ tur besitzen wie in Fig. 1 gezeigte Elemente, mit den gleichen Bezugsziffern versehen. Entsprechende Beschreibungsteile sollen sich auch auf die in Fig. 4 gezeigten Bauelemente bzw. Funktio­ nen beziehen.

Bei dem Aktuator 70 ist der Zylinder der Kolben-/Zylinder­ anordnung 42 nicht durch die Schaltwalze 30 selbst gebildet, sondern durch zwei Zylinderhülsen 72. Die Zylinderhülsen sind jeweils an einem axialen Ende geschlossen und am anderen axialen Ende offen. Die Zylinderhülsen 72 sind so in dem Getriebe montiert, daß die offenen Enden einander gegenüberstehen. Dabei wird zwischen den zwei Zylinderhülsen 72 eine Öffnung 73 ausge­ bildet, durch die der Koppelstift 56 greift.

An den axial gegenüberliegenden Enden der Zylinderhülsen 72 ist jeweils eine Endkappe 76 vorgesehen, die einen Außenvierkant 78 aufweist, um eine drehfeste Montage der Zylinderhülse 72 in dem Getriebegehäuse zu erleichtern.

Die Zylinderhülsen 72 sind jeweils über eine Stiftverbindung 74 drehfest und axial unverschieblich mit der Kolbenstange 44 ver­ bunden.

Die Schaltwalze 30 ist an den Zylinderhülsen 72 durch jeweilige Lager 80 drehbar gelagert. Die Kopplung mit dem Ringkolben 46 erfolgt, wie erwähnt, mittels des Koppelstiftes 56 durch die Öffnung 73.

Auf der einen Seite (rechts in Fig. 4) ist die dortige Zylin­ derhülse 72 mittels der zugeordneten Endkappe dicht ver­ schlossen.

Auf der anderen Seite ist zwischen der anderen Zylinderhülse 72 und der Endkappe 76 ein Ölführungsring 86 vorgesehen. Der Öl­ führungsring bildet zwei Zuführkanäle für die Druckräume A, B. Der eine Kanal für den Druckraum A ist mit einer Axialnut 82 am Außenumfang der Kolbenstange 44 verbunden. Der andere Kanal für den Druckraum B ist mit einem zentralen Hohlraum 84 der Kolben­ stange 44 verbunden. Im Bereich des Druckraums B weist die Kolbenstange 44 ferner Queröffnungen 85 auf, die den Druckraum B mit dem Hohlraum 84 verbinden.

Der Ringkolben 46 ist an seinen gegenüberliegenden axialen En­ den jeweils mit einem Dichtteller 90 ausgestattet. An den Dichttellern 90 sind jeweils eine O-Ringaufnahme 92 für eine Abdichtung zum Innenumfang der jeweiligen Zylinderhülse 72 und eine O-Ringaufnahme 94 zur Abdichtung gegen den Außenumfang der Kolbenstange 44 vorgesehen.

Ferner ist der Ringkolben 46 mittels zweier Gleitlager 96 gleitbar an der Kolbenstange 44 gelagert. Die Gleitlager 96 liegen an axial gegenüberliegenden Enden, benachbart zu den je­ weiligen Dichttellern 90.

Die Dichtteller 90 sind radial beweglich über einen nicht näher dargestellten Schnapphaken an dem jeweiligen Gleitlager 96 und folglich mit dem Ringkolben 46 verbunden. Somit wird eine Ent­ lastung der Dichtungen von Schubkräften in Umfangsrichtung rea­ lisiert.

Die Dichtteller 90 sind an ihrem Außenumfang, und zwar an der dem Ringkolben 46 zugewandten Seite, jeweils mit Abstreifringen oder -lippen 98 versehen. Die Abstreifringe 98 dienen zum Ab­ streifen von Verunreinigungen von der Innenseite der Zylinder­ hülsen 72, die über die Öffnung 73 eintreten können.

Der Ringkolben 46 selbst ist zweiteilig ausgebildet und umfaßt ein Außenteil 100 und ein Innenteil 102. Die zwei Teile 100, 102 werden durch Verpressen zusammengefügt. An dem Außenteil 100 ist die Axialnut 52 vorgesehen. An dem Innenteil 102 ist die Radialnut 50 ausgebildet. Die Radialnut 50 ist dabei, wie gezeigt, vorzugsweise als das Innenteil 102 durchdringende Öff­ nung ausgebildet. Folglich kann auch die Wendelnut 50 an dem Innenteil 102 ohne eine Bearbeitung von innen angefertigt wer­ den.

Die Axialnut 52 ist hingegen an dem Außenteil 100 als Sacknut ausgebildet, um das Eindringen von Verunreinigungen über die Öffnung 73 in den Bereich der Kopplung zwischen Kolbenstange 44 und Ringkolben 46 zu vermeiden. Die Axialnut 52 kann jedoch auch als durchgehende Nut ausgeführt werden.

Die Funktionsweise des Aktuators 70 entspricht der des Aktua­ tors 26.

In Fig. 5 ist eine weitere Ausführungsform eines Aktuators 110 zur Betätigung einer Schaltkupplung 18 gezeigt.

Soweit der Aktuator 110 Elemente aufweist, die Elementen der Aktuatoren 26, 70 identisch oder ähnlich sind, werden gleiche Bezugsziffern verwendet. Entsprechende Beschreibungsteile sol­ len sich auch auf die in Fig. 5 gezeigten Bauelemente und Funk­ tionen beziehen.

Der Aktuator 110 unterscheidet sich von den Aktuatoren 26, 70 der Fig. 1 und 4 zunächst dadurch, daß eine Ventileinrichtung 112 in den Aktuator 110 integriert ist. Die Funktion der Ven­ tileinrichtung 112 entspricht der der Ventileinrichtung 48. Die Ventileinrichtung 112 ist in der Darstellung der Fig. 5 in die Kolbenstange 44 integriert. Sie könnte jedoch auch in eine Endkappe 76 oder in einen angrenzenden Abschnitt des Gehäuses 32 integriert sein.

Wie bei der Ausführungsform der Fig. 1 ist die Schaltwalze 30 als Zylinder für die Kolben-/Zylinderanordnung 42 ausgebildet. Die Schaltwalze 30 ist zu diesem Zweck als Hülse geformt, die einseitig geschlossen ist.

An ihrem geschlossenen Ende ist die Schaltwalze 30 mittels ei­ nes Axiallagers 114 drehbar an der Kolbenstange 44 gelagert.

An ihrem offenen Ende ist die Schaltwalze 30 an einem Flansch 115 der Kolbenstange 44 mittels eines Radiallagers 116 ge­ lagert. Zum Druckraum A hin ist zwischen dem Flansch 115 der Schaltwalze 30 und der Kolbenstange 44 nur eine Ringdichtung 118 vorgesehen.

In Fig. 5 sind ferner zwei Dichtungsringe 120 gezeigt, die eine Abdichtung zwischen der Kolbenstange 44 und dem Gehäuse 32 er­ zielen, jedoch nur dann vorgesehen werden, wenn statt des in die Kolbenstange 44 integrierten Ventils 112 ein externes Ven­ til vorgesehen wird. Dabei dienen die Dichtungen 120 dann zur wechselseitigen Abdichtung der Ölzufuhrkanäle für die Druckräu­ me A, B.

Der Koppelstift 56 ist öldicht mit der Schaltwalze 30 ver­ bunden. Zur Vereinfachung der Abdichtung ist an dem Ringkolben 46 nur eine O-Ringaufnahme 92 zur Abdichtung gegen die Innen­ seite der Schaltwalze 30 und nur eine O-Ringaufnahme 94 zur Ab­ dichtung gegen den Außenumfang der Kolbenstange 44 vorgesehen.

Im Gegensatz zu dem Aktuator 70 der Fig. 4 ist das Innenteil 100 des Ringkolbens 46 an einem Ende mit einem sich bis zur In­ nenseite der Schaltwalze 30 erstreckenden Flansch versehen. Entsprechend ist das Außenteil 100 an dem gegenüberliegenden Ende mit einem Flansch versehen, der sich bis zur Kolbenstange 44 hin erstreckt und an dem die O-Ringaufnahmen 92, 94 vor­ gesehen sind. Die Axialnut 52 ist als Einschnitt von der dem Flansch des Außenteils 100 gegenüberliegenden Seite aus­ gebildet. Genauso ist die Wendelnut 50 als Einschnitt von dem dem Flansch des Innenteils 102 gegenüberliegenden Ende aus vor­ gesehen.

Durch die Integration der bei der Ausführungsform der Fig. 4 separat ausgeführten Zylinderhülsen 72 in die Schaltwalze 30 des Aktuators 110 ergibt sich eine weitere Teile- und Gewichts­ minimierung gegenüber dem Aktuator 70. Hierdurch läßt sich ent­ weder der Außendurchmesser der Schaltwalze 30 verringern. Al­ ternativ hierzu kann bei gleichbleibendem Außendurchmesser der Schaltwalze 30 der Durchmesser des Ringkolbens 46 vergrößert werden. Damit ergibt sich eine Erhöhung der Schaltkraft und da­ mit der Dynamik des Gesamtsystems.

Ferner wird eine Dichtstelle eingespart, wodurch die innere Reibung des Systems reduziert und damit der Wirkungsgrad erhöht wird.

Fig. 6 zeigt eine weitere alternative Ausführungsform, bei der der Ringkolben 46 mit einem hohlzylindrischen Außenteil 100 und einem hohlzylindrischen Innenteil 102 versehen ist. Eine Ab­ dichtung der Druckkammern A, B gegeneinander erfolgt mittels einer einzelnen O-Ringaufnahme 92 an einem Ende des Außenteils 100 und durch eine einzelne O-Ringaufnahme 94 am gegenüber­ liegenden Ende am Innenteil 102.

In Fig. 7 ist eine weitere alternative Ausführungsform gezeigt, bei der die axiale Reaktionskraft nicht über das hintere Ge­ häuselager des Walzenantriebs in das Gehäuse 32 eingeleitet wird. Vielmehr ist die Kolbenstange 44 als Zuganker ausgeführt. Hierzu durchgreift die Kolbenstange 44 das abgeschlossene Ende der Schaltwalze 30. Die Abdichtung erfolgt mittels einer Dich­ tung 123 zwischen diesen zwei Elementen. An der Innenseite des Endes der Schaltwalze 30 und an der Außenseite sind jeweils ein Axiallager 122 vorgesehen. Das gegenüber dem äußeren Axiallager 122 vorstehende Ende der Kolbenstange 44 ist als Radiallager 124 ausgebildet.

Auf diese Weise kann die hintere Lagerung im Gehäuse 32 deut­ lich einfacher ausgeführt werden. Im Gegensatz zu der Aus­ gestaltung des Aktuators 110 der Fig. 5 ist jedoch die zusätz­ liche Dichtung 123 erforderlich.

Fig. 8 zeigt schließlich eine schematische Spaltdichtung, wie sie alternativ zur Abdichtung zwischen dem Ringkolben 46 und dem Zylinder der Kolben-/Zylinderanordnung verwendbar ist. Eine solche Spaltdichtung wird auch bei Ventilschiebern verwendet. Hierbei finden z. B. Dichtungsscheiben 126 aus hartcodiertem Aluminium oder Kunststoff Verwendung.

Neben den dargestellten Abwandlungen der bevorzugten Ausge­ staltungen von Aktuatoren 26, 70, 110 in den Fig. 1, 4 und 5 sind noch folgende Modifikationen möglich.

Zwischen der Zylinderhülse 72 und der Kolbenstange 44 lassen sich neben der Stiftverbindung 74 auch andere alternative Ver­ bindungen realisieren. Beispielsweise kann die Kolbenstange 44 mit einem Schraubenansatz versehen sein, der eine Bohrung der Zylinderhülse 72 durchsetzt und auf den eine Mutter zur Siche­ rung gegen Absatz aufgeschraubt ist.

Generell ist es möglich, die Lage von Wendelnut 50 und Axialnut 52 zu vertauschen, also an dem Außenumfang des Ringkolbens 46 eine Wendelnut und an dem Innenumfang einer Axialnut vorzu­ sehen. Hierbei führt der Ringkolben keine Rotation aus. Die Schwenkbewegung der Schaltwalze wird dann durch den äußeren Koppelstift und die äußere Wendelnut erzwungen. Der für be­ stimmte Schwenkwinkel 58 benötigte Hub ist jedoch bei dieser alternativen Ausführungsform länger.

In diesem Fall läßt sich, da der Ringkolben 46 nicht verdrehbar ausgestaltet ist, eine Verdrehsicherung zwischen Zylinderhülse und Kolbenstange auch dadurch realisieren, daß zwei parallele Kolbenstangen vorgesehen sind. Beide Kolbenstangen können in diesem Fall zur Ölführung verwendet werden, sofern sie hohl ausgebildet sind. Dabei kann die eine Kolbenstange den Druck­ raum A und die andere Kolbenstange den Druckraum B versorgen.

Die Anordnung der Wendelnut bzw. Spiralnut 50 und daraus resul­ tierend die Anordnung der Axialnut 52 können sich abhängig von dem Betriebsdruck, den Reibungsverhältnissen und dem Walzen­ durchmesser innen oder außen als günstiger erweisen. In den ge­ zeigten Ausführungsformen weist die Anordnung der Wendelnut 50 innen Vorteile gegenüber der Anordnung außen auf. Denn die re­ sultierenden Schaltkräfte sind bei der verwendeten Anordnung deutlich höher und die Verlustmomente erheblich niedriger ge­ genüber einer Anordnung der Wendelnut außen.

Es versteht sich, daß statt der radialen Einspeisung von Öl mittels des Ölführungsrings 86, wie in Fig. 4 gezeigt, auch ei­ ne axiale Speisung über die Stirnseite erfolgen kann. Dabei ist es insbesondere auch denkbar, daß die Kolbenstange 44 nicht durchgehend hohl ausgebildet ist sondern mit zwei gegenüber­ liegenden Sacklöchern ausgestattet wird, von denen das eine zur Versorgung des Druckraums A und das andere zur Versorgung des Druckraums B dient.

Bei der zweiteiligen Ausführung des Ringkolbens 46 können die zwei Teile miteinander verpreßt und, wenn nötig, zusätzlich verschraubt werden. Die Schraubenköpfe können dann zur Siche­ rung des minimalen Druckraumvolumens und als Endanschläge ge­ nutzt werden.

Durch Anordnung der Dichtungen an den gegenüberliegenden Enden des Ringkolbens 46 und entsprechender Ausführung von Wendelnut 50 und Axialnut 52 kann der Ringkolben 46 vormontiert und als Baugruppe auf der Kolbenstange 44 eingebaut werden.

Durch die Integration der Kolben-/Zylinderanordnung 42 in die Schaltwalze 30 kann die komplette Schaltwalze 30 als vor­ montierte und geprüfte Baueinheit bzw. Patrone in das Getriebe 10 montiert werden.

Die Tatsache, daß der Schwenkantrieb 42 als hydraulischer Stellantrieb ausgebildet ist, führt zu folgenden Vorteilen. Hy­ draulische Antriebe zeichnen sich prinzipiell durch gutes Zeitverhalten, geringes Leistungsgewicht und ihren geringen Raumbe­ darf aus. Das bedeutet Dynamikgewinn durch den Wegfall einer Untersetzung, hohe Stellkräfte und eine Gewichtsreduzierung.

Durch den geringen Bauraumbedarf läßt sich der Antrieb in Längskolbenweise in die Schaltwalze 30 integrieren.

Durch eine Vormontierung in Patronenbauweise läßt sich der Schwenkantrieb 42 leicht durch Einstecken im Getriebe 10 mon­ tieren.

Aufgrund der robusten Lösung der Umsetzung von Translations- in Rotationsbewegungen mittels einfacher Koppelvorrichtungen auf der Grundlage von Nuten und Stiften werden die fertigungs­ technischen Nachteile von Gewinden umgangen. Ferner lassen sich die in einem automatisierbaren Getriebe häufig ohnehin instal­ lierten hydraulischen Einrichtungen nutzen. Wenn eine externe hydraulische Versorgungseinheit mit Speicher vorgesehen ist, kann der Antrieb der Pumpe (Fig. 1) kleiner (leichter) ausge­ führt werden als ein in Dynamik und Schaltkraft vergleichbarer Elektromotor für die Schaltwalze 30. Durch die Freiheitsgrade, die die Hydraulik bietet, ist eine optimale Anpassung an die gestellte Aufgabe möglich, ohne Rückwirkung auf die Umgebung. Ferner ermöglicht die Hydraulik eine hohe integrierte Kraftübersetzung. Die elektronischen Steuergeräte lassen sich einfach elektrisch einbinden, es entsteht keine Mischung aus Elektromagnetventilen und Elektromotoren.

Sofern man den Schwenkantrieb 42 für Stellaufgaben in einem H- Schaltgetriebe mit zwei Freiheitsgraden verwendet, kann auf eine Hebelkinematik (Toleranz, Teile) verzichtet werden. Es läßt sich ebenfalls eine hochintegrierte Bauweise verwirklichen.

Insbesondere dann, wenn statt einer Schaltwalze zwei Schalt­ walzen verwendet werden, ist der Vorteil des hydraulischen Schwenkantriebes 42 gegenüber elektromotorischen Systemen hoch.

Im Vergleich zu einer Lösung mit Drehkolben ist der Drehantrieb auf der Grundlage einer linearen Kolben-/Zylinderanordnung dichtungstechnisch viel weniger aufwendig. Es sind höhere Fer­ tigungstoleranzen möglich. Durch die vergleichsweise niedrige Anpressung der Dichtungselemente wird ein hoher Wirkungsgrad erzielt.

Claims (12)

1. Aktuator für ein automatisierbares Getriebe (10) für Kraftfahrzeuge, mit einer Mehrzahl von Gängen, denen Schaltkupplungen (18) zum Ein- und Auslegen derselben zu­ geordnet sind, wobei wenigstens eine Schaltkupplung (18) zum Ein- und Auslegen wenigstens eines Ganges mittels des Aktuators (26; 70; 110) betätigbar ist, wobei der Aktuator (26; 70; 110) eine Schaltwalze (30) mit wenigstens einer Umfangsspur (38) aufweist, durch deren Verlauf die Schalt­ kupplung (18) bei Drehbewegungen der Schaltwalze (30) be­ tätigt wird, und wobei der Aktuator (26; 70; 110) einen fluidmechanischen Drehantrieb (42) für die Schaltwalze (30) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehantrieb (42) eine koaxial zu der Schaltwalze (30) ausgerichtete Kolben-/Zylinderanordnung (42) aufweist, die einen Ringkolben (46) aufweist, der auf einer getriebefest angeordneten Kolbenstange (44; 84) axial und über eine Koppelvorrichtung mit einer wendelförmigen Profilierung (50) drehbeweglich angeordnet ist, durch deren Verlauf dem Ringkolben (46) bei hydraulisch beaufschlagter Axialbewe­ gung zwangsweise eine Drehbewegung aufprägbar ist, wobei der Zylinder innerhalb der Schaltwalze (30) angeordnet und der Ringkolben (46) zur Übertragung der Drehbewegung auf die Schaltwalze (30) über eine weitere Koppeleinrichtung (52, 56) mit einer Längsspur axial beweglich, jedoch dreh­ fest mit der Schaltwalze (30) verbunden ist.

2. Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehantrieb (42) ein Drehantrieb (42) mit einem begrenzten Drehwinkel ist.

3. Aktuator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die wendelförmige Profilierung (50) einen Steigungs­ winkel (59) im Bereich von 10° bis 80°, insbesondere von 30° bis 50° aufweist.

4. Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zumindest eine der Koppelvorrichtungen (50- 56) die Verdrehbarkeit der Schaltwalze (30) begrenzt.

5. Aktuator nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kolbenstange (44) einen Hohlkanal (84) zur Fluidleitung aufweist.

6. Aktuator nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zumindest eine der Koppeleinrichtungen (50- 56) einen Koppelstift (54, 56) aufweist, der in eine ent­ sprechende Koppelnut (50, 52) greift.

7. Aktuator nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kolben-/Zylinderanordnung (42) einen Zy­ linder (72) mit einer Öffnung (73) und einen Kolben (46) aufweist, der durch die Öffnung (73) mit der Schaltwalze (30) gekoppelt ist.

8. Aktuator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (72) starr mit der Kolbenstange (44) verbunden ist, an der der Ringkolben (46) gelagert ist.

9. Aktuator nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (72) zweiteilig ausgebildet ist.

10. Aktuator nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schaltwalze den Zylinder (30) der Kol­ ben-/Zylinderanordnung (42) bildet.

11. Aktuator nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Ringkolben (46) zweiteilig ausgebildet ist.

12. Aktuator nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kolben-/Zylinderanordnung (42) nach der Art einer Patrone vormontiert in die Schaltwalze (30) ein­ gebaut ist.