DE102004013450A1 - Synchronizing and switching device for variable speed gearbox - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Synchronisier- und Schalteinrichtung für Stufenwechselgetriebe mit mindestens einer Getriebewelle und mit mindestens einem Gangrad. Zur Verringerung des Aufwandes für die Synchronisier- und Schalteinrichtung ist erfindungsgemäß für die Synchronisierung eine elektromagnetische Synchronisiereinrichtung vorgesehen und für das Schalten ist mindestens ein elektrisch betätigbares Schaltstück (5, 21) vorgesehen, das die Getriebewelle (1) mit dem Gangrad (7) formschlüssig verbindet. Vorzugsweise ist eine elektromagnetische Anordnung vorgesehen, mittels der sowohl synchronisiert als auch geschaltet wird.The invention relates to a synchronizing and switching device for variable speed transmission with at least one transmission shaft and at least one gear wheel. To reduce the cost of the synchronizing and switching device according to the invention for synchronizing an electromagnetic synchronizer is provided and for switching at least one electrically actuated contact piece (5, 21) is provided which connects the transmission shaft (1) with the gear wheel (7) form-fitting , Preferably, an electromagnetic arrangement is provided by means of both synchronized and switched.
Description
Die Erfindung betrifft eine Synchronisier- und Schalteinrichtung für Stufenwechselgetriebe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to a synchronizing and switching device for variable speed transmission according to the preamble of claim 1.
Zur
Synchronisierung der Drehzahl von zu verbindenden Bauteilen, z.B.
eines Gangrades und einer Getriebewelle werden Reibkonussynchronisierungen
verwendet (Lechner, G., Naunheimer, H.: Fahrzeuggetriebe. Grundlagen,
Auswahl, Auslegung und Konstruktion, Springer Verlag, Berlin Heidelberg, New
York, 1994). Weiterhin ist eine Anordnung bekannt (
Der Nachteil dieser Anordnungen besteht darin, daß das Schalten der Gänge durch Klauenkupplungen erfolgt, die durch außen liegende mechanische Betätigungen geschlossen werden. Die außen liegende Mechanik zur Betätigung der einzelnen Klauenkupplungen erfordert einen hohen Aufwand.Of the Disadvantage of these arrangements is that the switching of the gears through Claw clutches are made by external mechanical actuations getting closed. The outside lying mechanism for actuation the individual jaw clutches requires a lot of effort.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einem schaltbaren, synchronisierbaren Stufenwechselgetriebe die außen liegende Mechanik zur Betätigung der Schalteinrichtung zu vermeiden.Of the Invention is based on the object in a switchable, synchronizable Step change gearbox outside lying mechanism for actuation to avoid the switching device.
Erfindungsgemäß wird das gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht.According to the invention according to the characteristics of claim 1 achieved.
Bei einer Synchronisier- und Schalteinrichtung für Stufenwechselgetriebe mit mindestens einer Getriebewelle und mit mindestens einem Gangrad ist erfindungsgemäß für die Synchronisierung eine elektromagnetische Synchronisiereinrichtung vorgesehen und für das Schalten mindestens ein elektrisch betätigbares Schaltstück vorgesehen ist, das die Getriebewelle mit dem Gangrad formschlüssig verbindet.at a synchronizing and switching device for variable speed transmission with at least one transmission shaft and with at least one gear wheel is according to the invention for the synchronization provided an electromagnetic synchronizer and for the Switch provided at least one electrically actuated contact piece is that connects the transmission shaft with the gear wheel form-fitting.
Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, dass durch den Verzicht auf außen liegende Betätigungselemente keine aufwendige Hydraulik oder Pneumatik notwendig ist. Es werden kurzbauende Fahrzeuggetriebe ermöglicht, wodurch es zur Gewichts- und Kostenreduzierung kommt. Weiterhin ist dieses Getriebe im Betrieb verschleißarm. Diese erfindungsgemäße Synchronisier- und Schalteinrichtung eignet sich besonders für die Verwendung in Doppel- oder Mehrkupplungsgetrieben.Of the Advantage of this arrangement is that by the waiver on the outside lying actuators no elaborate hydraulics or pneumatics is necessary. It will short-building vehicle transmission allows which leads to weight and cost reduction. Farther This gear is wear-resistant during operation. This synchronization according to the invention and switching device is particularly suitable for use in double or multi-clutch transmissions.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist eine elektromagnetische Anordnung vorgesehen, mittels der sowohl synchronisiert als auch geschaltet wird. Dadurch, dass das Synchronisieren und Schalten mit derselben elektromagnetischen Anordnung erfolgt, werden Gewicht und Kosten noch weiter reduziert.In a preferred embodiment an electromagnetic arrangement is provided by means of both synced and switched. By doing that, synchronizing and switching is done with the same electromagnetic arrangement, Weight and costs are further reduced.
Die elektromagnetische Anordnung, mit der sowohl syn chronisiert als auch geschaltet wird, kann so aufgebaut sein, dass dem Gangrad ein auf der Getriebewelle angeordneter Kupplungskörper zugeordnet ist und dass dem Gangrad und dem Kupplungskörper ein weichmagnetischer Stator mit mindestens einer Erregerwicklung zugeordnet ist. Das Gangrad und der Kupplungskörper bestehen mindestens im Bereich des Stators aus weichmagnetischem Material. Im Kupplungskörper ist mindestens ein permanentmagnetisches Schaltstück vorgesehen, dem im Gangrad Mittel zur Erzielung der formschlüssigen Verbindung mit dem Kupplungskörper durch das Schaltstück zugeordnet sind.The electromagnetic arrangement, with both syn chronized as is also switched, can be constructed so that the gear wheel is assigned to the transmission shaft arranged coupling body and that the gear wheel and the coupling body a soft magnetic stator with at least one field winding assigned. The gear wheel and the coupling body consist at least in Area of the stator made of soft magnetic material. In the coupling body is at least one permanent-magnetic contact piece provided in the gear wheel Means for achieving the positive connection with the coupling body by the contact piece assigned.
In einer ersten Ausführungsform weisen das Gangrad und der Kupplungskörper mindestens je eine gegenüberliegende Vertiefung für die Aufnahme eines permanentmagnetischen Schaltstückes auf, wobei zwei der Baugruppen Stator, Gangrad, Kupplungskörper mit gegenüberliegenden Zähnen versehen sind.In a first embodiment have the gear wheel and the coupling body at least one opposite each Deepening for the inclusion of a permanent magnetic contact piece, wherein two of the assemblies stator, gear wheel, coupling body with opposite tooth are provided.
Das Grundprinzip dieser neuartigen Schaltung beruht darauf, die Bauteile Gangrad, Stator und Kupplungskörper magnetisch zu durchfluten und damit eine nach dem Reluktanzprinzip arbeitende elektrische Maschine aufzubauen.The The basic principle of this novel circuit is based on the components Gear wheel, stator and coupling body to flow through magnetically and thus according to the reluctance principle build up working electric machine.
Die Baugruppen Stator, Gangrad und Kupplungskörper werden für das Synchronisieren magnetisch richtungsmäßig so durchflutet, daß die Schaltstücke in der Vertiefung gehalten werden und nach Abschluß des Synchronisiervorganges wird durch Umdrehung der Stromrichtung in der Erregerwicklung die Richtung des Magnetfeldes geändert, so dass die Schaltstücke in die Vertiefung im Gangrad hineingezogen werden und somit sowohl in den Kupplungskörper als auch in das Gangrad eingreifen. Dadurch wird eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Kupplungskörper und dem Gangrad erreicht.The Assembly stator, gear wheel and coupling body are used for synchronizing magnetically directionally so flooded, that the contact members be held in the depression and after completion of the synchronization process is by rotation of the current direction in the field winding the Changed direction of the magnetic field, so the switching pieces be drawn into the recess in the gear wheel and thus both in the coupling body as well as intervene in the gear wheel. This will be a positive connection between the coupling body and reached the gear wheel.
Diese drei Baugruppen Stator, Gangrad und Kupplungskörper vereinen also sowohl die Funktion des Synchronisierens der Getriebewelle und des Gangrades als auch die formschlüssige Verbindung von Getriebewelle und Gangrad, d.h. das Schalten.These three assemblies stator, gear and clutch body thus combine both the Function of synchronizing the gear shaft and the gear wheel as well as the form-fitting Connection of gear shaft and gear wheel, i. the switching.
Die Schaltstücke sind vorzugsweise stift- oder bolzenförmig ausgebildet.The contact members are preferably pin-shaped or bolt-shaped.
Die erfindungsgemäße Anordnung kann in mehreren Varianten realisiert werden. In einer ersten Variante ist der Stator auf der Kupplungskörperseite mehrpolig und im Bereich des Gangrades glatt, wobei auch das Gangrad an dieser Stelle glatt ist, während der Kupplungskörper auf seinem Umfang Zähne aufweist, die den zahnartigen Polen des Stators gegenüberliegen, wobei die Polteilung des Stators und die Zahnteilung des Kupplungskörpers unterschiedlich ist. Der bei dieser Anordnung gebildete magnetische Kreis entspricht dem eines geschalteten Reluktanzmotors, wobei der Kupplungskörper dem normalen Rotor entspricht. Die Zahnteilung von Stator und Kupplungskörper muß unterschiedlich sein, um in je der Lage der Getriebewelle ein Moment erzeugen zu können. Der Stator weist bei dieser Variante mehrere Pole auf.The arrangement according to the invention can be realized in several variants. In a first variant, the stator is multi-pole on the clutch body side and smooth in the region of the gear wheel, where is also smooth at this point, the gear wheel, while the coupling body has on its circumference teeth facing the tooth-like poles of the stator, wherein the pole pitch of the stator and the tooth pitch of the coupling body is different. The magnetic circuit formed in this arrangement corresponds to that of a switched reluctance motor, wherein the coupling body corresponds to the normal rotor. The pitch of the stator and coupling body must be different in order to generate a moment in each of the position of the gear shaft can. The stator has several poles in this variant.
Bei einer zweiten Variante ist der Stator gegenüber dem Gangrad und dem Kupplungskörper glatt ausgebildet, während das Gangrad und der Kupplungskörper sich gegenüberliegende Zähne aufweisen. Die Zähne sind vorzugsweise seitlich am Kupplungskörper und am Gangrad angeordnet. Bei dieser Variante kann auch eine gleich große Zahnteilung gewählt werden Damit wird aus dem Reluktanzmotor eine Reluktanzkupplung. Bei dieser ist ein einpoliger Stator ausreichend.at In a second variant, the stator is smooth with respect to the gear wheel and the coupling body trained while the gear wheel and the coupling body opposite each other Have teeth. The teeth are preferably arranged laterally on the coupling body and on the gear wheel. In this variant, an equally large pitch can be selected This turns the reluctance motor into a reluctance clutch. At this a single pole stator is sufficient.
Zur Synchronisation werden bei allen Varianten die Wicklungen des Stators so bestromt, daß die wirkenden Umfangskräfte den Gleichlauf herstellen. Die Stellung des Statorstromes und die Umschaltung zwischen den einzelnen Statorpolen erfolgt durch eine an sich bekannte Ansteuerung einer Leistungselektronik mittels einer Regelungs- und Steuerungseinheit. Für die Berechnung der Ansteuersignale werden je nach Steuermethode verschiedene Prozessgrößen gemessen. Aus den gemessenen Prozeßgrößen werden über ein Modell die Stellgrößen für die Bestromung der Statorwicklung ermittelt.to Synchronization in all variants are the windings of the stator so energized that the active ones circumferential forces to synchronize. The position of the stator and the Switching between the individual stator poles is done by a known control of power electronics by means of a Control and regulation unit. For the calculation of the control signals depending on the control method different process variables measured. From the measured Process variables are over Model the manipulated variables for the current supply the stator winding determined.
Die oben beschriebene Synchronisation führt zu einem magnetischen Fluss durch Gangrad und Kupplungskörper, bei dem die Feldrichtung zu einer Kraftwirkung auf die Schaltstücke führt, die diese während des Synchronisiervorganges im Kupplungskörper hält. Soll der Schaltvorgang ausgeführt werden, wird die Stromrichtung in der Erregerwicklung des Stators umgekehrt. Damit erfolgt eine Umkehrung der Richtung des magnetischen Flusses. Die Kraftwirkung auf die permanentmagnetischen Schaltstücke kehrt sich darauf ebenfalls um und infolge dieser Kraft stellen die Schaltstücke die form schlüssige Verbindung zwischen dem Gangrad und dem Kupplungskörper her. Damit ist der Schaltvorgang abgeschlossen.The The synchronization described above leads to a magnetic flux by gear wheel and coupling body, in which the field direction leads to a force effect on the contact pieces, the this while the synchronization process in the coupling body holds. Should the switching process accomplished become, the current direction in the excitation winding of the stator vice versa. This reverses the direction of the magnetic River. The force on the permanent magnetic contact pieces returns also on it and as a result of this force put the switching pieces positive-locking connection between the gear wheel and the coupling body ago. This is the switching process completed.
Zur Reduzierung der von den permanentmagnetischen Schaltstücken in ihren Endlagen ausgehenden Haltekräfte können Teile des Kupplungskörpers und/oder des Gangrades aus para- oder diamagnetischem Material bestehen, wobei insbesondere die Endanschläge für die Schaltstücke aus para- oder diamagnetischem Material bestehen.to Reduction of the permanent magnetic contact pieces in their end positions outgoing holding forces can parts of the coupling body and / or the gear wheel consist of para or diamagnetic material, in particular the end stops for the contact members consist of para or diamagnetic material.
Um die Schaltstücke bei einem Ausfall der Elektrik in einem sicheren Zustand zu halten, können an den Vertiefungen für die Schaltstücke Rastierungen vorgesehen sein, denen Ausnehmungen in den Schaltstücken zugeordnet sind. In diese Ausnehmungen können Rastierungen beispielsweise unter Federdruck eingreifen. Dabei sind die Ausnehmungen vorzugsweise muldenförmig ausgebildet, um das leichte Ausrasten durch die an den Schaltstücken wirkenden magnetischen Kräfte zu ermöglichen.Around the contact pieces to keep it in a safe condition if the electrical system fails can on the wells for the contact pieces Rastungen be provided, which associated with recesses in the switching pieces are. In these recesses can Locking engage, for example under spring pressure. There are the recesses preferably trough-shaped to the light Disengaged by acting on the switching pieces magnetic personnel to enable.
Zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit der Schaltstücke ist es zweckmäßig, dass die Schaltstücke mit einer Umhüllung aus mechanisch festerem Material versehen sind, als es das permanentmagnetische Material der Schaltstücke ist. In einer weiteren Ausgestaltung dieser Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Umhüllung aus einer Hülse besteht, in der mehrere einzelne Permanentmagnete angeordnet sind.to increase the mechanical strength of the switching pieces, it is appropriate that the contact pieces with a serving are made of mechanically stronger material, as it is the permanent magnetic Material of the contact pieces is. In a further embodiment of this embodiment is provided that the wrapping from a sleeve consists, are arranged in the several individual permanent magnets.
Um bei Verwendung mehrerer Schaltstücke ein synchrones Schalten aller Schaltstücke zu erzielen, ist es zweckmäßig, dass diese mechanisch miteinander verbunden sind, indem die Schaltstücke beispielsweise durch mindestens einen Haltering miteinander verbunden sind.Around when using multiple contact pieces To achieve synchronous switching of all contact pieces, it is appropriate that these are mechanically interconnected by the switching pieces, for example are interconnected by at least one retaining ring.
Vorzugsweise ist der Haltering im Kupplungskörper formschlüssig gleitend gelagert.Preferably is the retaining ring in the coupling body form-fitting slidably mounted.
In einer Ausführungsform ist der Haltering auf der dem Gangrad zugeordneten Seite vorgesehen und weist auf dieser Seite eine Kupplungsverzahnung auf, die mit einer im Gangrad eingebrachten Gegenverzahnung beim Schalten formschlüssig verbindbar ist. In Abänderung dieser Ausführungsform kann auf der Getriebewelle eine ringförmige permanentmagnetische Schiebemuffe mit Verzahnung angeordnet sein, die mit einer im Gangrad eingebrachten Gegenverzahnung beim Schalten formschlüssig verbindbar ist. Diese Schiebemuffe gleitet wie der Haltering beim Schalten in Richtung Gangrad und beim Lösen der Verbindung in Richtung Kupplungskörper. Bei diesen Ausführungsformen sind die Vertiefungen im Gangrad und im Kupplungskörper und diesen zugeordnete verschiebbare bolzenförmige Schaltstücke durch eine feststehende und eine zugeordnete verschiebbare Verzahnung ersetzt worden.In an embodiment the retaining ring is provided on the side associated with the gear wheel and has on this side on a coupling toothing with one introduced in the gear wheel counter teeth when switching form-fitting connectable is. In change this embodiment can on the transmission shaft an annular permanent magnetic sliding sleeve with toothing be arranged the with a introduced in the gear wheel counter teeth when switching positively connected is. This sliding sleeve slides like the retaining ring when switching towards the gear wheel and when releasing the connection towards the coupling body. In these embodiments are the depressions in the gear wheel and in the coupling body and this associated displaceable bolt-shaped contact pieces a fixed and an associated sliding toothing been replaced.
Zur Dämpfung der Bewegung der Schaltstücke ist es zweckmäßig, dass die Vertiefungen für die Schaltstücke als Luft- oder Flüssigkeitsdämpfer ausgeführt sind. Dabei sind Ausführungen mit oder ohne Drosselbohrungen möglich. Die Dämpfung wird durch die Wahl einer entsprechenden Toleranz zwischen dem Schaltstück und der Vertiefung erzielt, wie sie bei einer entsprechenden Kolben-Zylinderanordnung üblich ist.To damp the movement of the switching pieces, it is expedient that the recesses are designed for the switching pieces as air or liquid damper. In this case, designs with or without throttle holes are possible. The damping is achieved by choosing a corresponding tolerance between the contact piece and the recess, as in a corresponding piston-Zylinderanord tion is common.
Das Gangrad kann statt aus einem massiven Teil aus mindestens zwei Teilen bestehen, wobei der verzahnte Teil aus einem Zahnradwerkstoff und der im magnetischen Kreis liegende Teil aus einem weichmagnetischen Werkstoff besteht. Alle Teile können durch Fügetechniken, z.B. Schweißen oder Einpressen miteinander verbunden werden.The Gear wheel can take the place of a massive part of at least two parts consist, the toothed part of a gear material and the part lying in the magnetic circuit of a soft magnetic Material exists. All parts can through joining techniques, e.g. welding or pressing together.
Die Erfindung soll in Ausführungsbeispielen anhand von Zeichnungen erläutert werden, Es zeigen:The Invention is based on embodiments explained by drawings be, show:
Die
Dem
Kupplungskörper
Bei
der in der
Bei
der in der
Aus
der
Um
einen gleichzeitigen Schaltvorgang aller Schaltstifte
Der
in den
Die Stellung des Statorstromes und die Umschaltung zwischen den einzelnen Statorpolen erfolgt durch eine an sich bekannte Ansteuerung einer Leistungselektronik mittels einer nicht dargestellten Regelungs- und Steuerungseinheit. Für die Berechnung der Ansteuersignale werden je nach Steuermethode verschiedene Prozessgrößen gemessen.The position of the stator current and the Um Circuit between the individual stator poles is effected by a known per se control of power electronics by means of a control and control unit, not shown. For the calculation of the control signals, different process variables are measured depending on the control method.
Soll
der Schaltvorgang ausgeführt
werden, wird die Stromrichtung in den Erregerwicklungen
In
der
Beim
Ausführungsbeispiel
der
In gleicher Weise wirkt eine Anordnung mit permanentmagnetischer Schiebemuffe. Da eine Schiebemuffe an sich aus der Getriebetechnik bekannt ist, wurde sie nicht zeichnerisch dargestellt.In the same way an arrangement with permanent magnetic sliding sleeve acts. Since a sliding sleeve is known per se from the transmission technology, she was not represented graphically.
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