DE102004013450B4 - Synchronizing and switching device for variable speed gearbox - Google Patents

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Abstract

Synchronisier- und Schalteinrichtung für Stufenwechselgetriebe mit mindestens einer Getriebewelle und mit mindestens einem Gangrad, wobei für das Schalten mindestens ein elektrisch betätigbares Schaltstück vorgesehen ist, das die Getriebewelle mit dem Gangrad formschlüssig verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass für die Synchronisierung eine elektromagnetische Synchronisiereinrichtung vorgesehen ist.synchronizing and switching device for Variable speed gearbox with at least one gear shaft and with at least one gear wheel, wherein for switching at least one electrically actuated switching piece is provided, which connects the gear shaft with the gear wheel positively, characterized in that for the synchronization an electromagnetic synchronizer is provided.

Figure 00000001
Figure 00000001

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 ( DE 199 50 679 A1 ), bei der die Synchronisierung mittels eines Elektromotors vorgenommen wird. Dem Elektromotor ist eine Umschalt vorrichtung zugeordnet, mittels der der Hilfsantrieb mit jeder Getriebeeingangswelle einzeln koppelbar ist.Friction cone synchronizers are used to synchronize the speed of components to be connected, such as a gear wheel and a gear shaft (Lechner, G., Naunheimer, H.: Fahrzeuggetriebe., Fundamentals, Selection, Design and Construction, Springer Verlag, Berlin Heidelberg, New York, 1994) , Furthermore, an arrangement is known ( DE 199 50 679 A1 ), in which the synchronization is performed by means of an electric motor. The electric motor is associated with a switching device by means of which the auxiliary drive with each transmission input shaft is individually coupled.

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 inventive arrangement can be realized in several variants. In a first variant the stator on the coupling body side is multipolar and in the Area of the gear wheel smooth, with the gear wheel at this point is smooth while the coupling body has teeth on its circumference, which are opposite the tooth-like poles of the stator, the pole pitch of the stator and the tooth pitch of the coupling body is different. The magnetic circuit formed in this arrangement corresponds a switched reluctance motor, wherein the coupling body the normal rotor corresponds. The tooth pitch of stator and coupling body must be different be able to produce a moment in each of the position of the gear shaft. Of 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 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.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 To use a plurality of switching pieces synchronous switching all contact pieces to achieve, 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 by selecting a corresponding tolerance between achieved the switching piece and the recess, as is usual in a corresponding piston-cylinder assembly.

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:

1 eine erste Variante einer aus Stator, Gangrad und Kupplungskörper bestehenden Schaltstufe; 1 a first variant of a consisting of stator, gear and clutch body switching stage;

1a die Einzelheit E der 1; 1a the detail E the 1 ;

2 eine zweite Variante einer aus Stator, Gangrad und Kupplungskörper bestehenden Schaltstufe; 2 a second variant of a consisting of stator, gear and clutch body switching stage;

3 die erste Variante nach 1 nach Durchführung der Schaltung; 3 the first variant after 1 after completion of the circuit;

4 eine Ausführungsform, bei der beim Gangrad und beim Kupplungskörper für die im magnetischen Kreis liegenden Teile weichmagnetische Materialien und für den Rest verzahnungstypische Werkstoffe verwendet werden; 4 an embodiment in which the gear wheel and the coupling body for the parts lying in the magnetic circuit soft magnetic materials and the rest of toothing typical materials are used;

5 eine Ausführungsform mit einem stirnverzahnten Haltering und entsprechender Verzahnung am Gangrad. 5 an embodiment with an end-toothed retaining ring and corresponding teeth on the gear wheel.

Die 1 zeigt eine Getriebewelle 1 mit einer Hauptkupplung, von der nur die Kupplungsscheibe 2 dargestellt ist. Auf der Getriebewelle 1 ist ein Kupplungskörper 3 befestigt, in dem Bohrungen 4 als Vertiefungen für die Aufnahme von Schaltstücken in Form von permanentmagnetischen Schaltstiften 5 vorgesehen sind. An seinem Umfang weist der Kupplungskörper 3 Zähne 6 auf.The 1 shows a gear shaft 1 with a main clutch, of which only the clutch disc 2 is shown. On the gear shaft 1 is a coupling body 3 fastened, in the holes 4 as wells for the inclusion of switching pieces in the form of permanent magnetic switching pins 5 are provided. At its periphery, the coupling body 3 teeth 6 on.

Dem Kupplungskörper 3 ist ein lose auf der Getriebewelle sitzendes Gangrad 7 zugeordnet, in dem Bohrungen 8 vorgesehen sind, die den Bohrungen 4 gegenüberliegen und die für die Aufnahme der Schaltstifte 5 bestimmt sind. Dem Kupp lungskörper 3 und dem Gangrad 7 ist ein weichmagnetischer Stator 9 mit einer Erregerwicklung 10 zugeordnet.The coupling body 3 is a loose on the transmission shaft seated gear 7 assigned in the holes 8th are provided, which are the holes 4 opposite and for receiving the switching pins 5 are determined. The hitch be body 3 and the gear wheel 7 is a soft magnetic stator 9 with a field winding 10 assigned.

Bei der in der 1 dargestellten ersten Variante sind der Stator im Bereich des Gangrades sowie das Gangrad selbst glatt. Den Zähnen 6 im Kupplungskörper 3 sind Pole 11 am Stator 9 zugeordnet. Dabei ist die Polteilung am Stator 9 und die Zahnteilung am Kupplungskörper 3 unterschiedlich, um in jeder Lage der Getriebewelle 1 ein Moment erzeugen zu können. Der magnetische Kreis M1, der dem eines geschalteten Reluktanzmotors entspricht, wird aus dem Stator 9, der mindestens dreipolig sein muß, mit der Erregerwicklung 10, dem Gangrad 7 und dem Kupplungskörper 3 gebildet.When in the 1 The first variant shown, the stator in the region of the gear wheel and the gear wheel itself are smooth. The teeth 6 in the coupling body 3 are poles 11 at the stator 9 assigned. Here is the pole pitch on the stator 9 and the tooth pitch on the coupling body 3 different to each position of the gear shaft 1 to create a moment. The magnetic circuit M1 corresponding to that of a switched reluctance motor becomes the stator 9 , which must be at least three poles, with the exciter winding 10 , the gear wheel 7 and the coupling body 3 educated.

Bei der in der 2 dargestellten zweiten Variante sind der Stator 9 sowie der Kupplungskörper 3 und das Gangrad 7 im Bereich des Stators 9 glatt ausgebildet. Bei dieser Variante sind Zähne 12 und 13 seitlich am Kupplungskörper 3 bzw. am Gangrad 7 gegenüberliegend angeordnet. Bei dieser Variante kann auch eine gleich große Zahnteilung gewählt werden. Damit wird aus dem Reluktanzmotor eine Reluktanzkupplung, bei der ein einpoliger Stator ausreichend ist.When in the 2 shown second variant are the stator 9 and the coupling body 3 and the gear wheel 7 in the area of the stator 9 smooth. In this variant are teeth 12 and 13 laterally on the coupling body 3 or on the gear wheel 7 arranged opposite. In this variant, an equally large pitch can be selected. Thus, the reluctance motor becomes a reluctance coupling in which a single-pole stator is sufficient.

Aus der 1a sind Einzelheiten eines Schaltstiftes 5 erkennbar. Um diesen bei Ausfall der Elektrik in einem sicheren Zustand zu halten, sind Rasterstifte 14 vorgesehen, die unter dem Druck einer Feder 15 in muldenförmige Vertiefungen 16 des Schaltstiftes 5 eingreifen. Entsprechende in den Figuren nicht dargestellte Rasterstifte sind auch am Gangrad 7 vorgesehen, die in muldenförmige Vertiefungen 17 des Schaltstiftes 5 eingreifen können. Die Muldenform der Vertiefungen ermöglicht bei Umkehr des magnetischen Flusses ein leichtes Ausrasten der Schaltstifte 5 aus ihrer Endlage Um einen gleichzeitigen Schaltvorgang aller Schaltstifte 5 zu erreichen, sind diese in der vorliegenden Ausführungsform durch einen Haltering 18 untereinander verbunden. Diesem sind im Kupplungskörper 3 und im Gangrad 7 nicht dargestellte Schlitze zugeordnet, die die reibungsfreie Beweglichkeit des Halteringes ermöglichen.From the 1a are details of a switch pin 5 recognizable. To keep this in case of failure of the electrical system in a safe state, grid pins 14 provided under the pressure of a spring 15 in trough-shaped depressions 16 of the switching pin 5 intervention. Corresponding grid pins not shown in the figures are also on the gear wheel 7 provided in trough-shaped depressions 17 of the switching pin 5 can intervene. The dimple shape of the recesses allows for reversal of the magnetic flux, a slight disengagement of the switching pins 5 from its end position To a simultaneous switching operation of all switching pins 5 to reach, they are in the present embodiment by a retaining ring 18 interconnected. This is in the coupling body 3 and in the gear wheel 7 not shown assigned slots that allow the frictionless mobility of the retaining ring.

Der in den 1 und 2 dargestellte magnetische Fluß M1 durch den Kupplungskörper 3 und durch das Gangrad 7 führt zu einer Kraftwirkung auf die Schaltstifte 5, die diese im Kupplungskörper 3 in der dargestellten Lage hält. Weiterhin wird bei den in den 1 und 2 dargestellten Varianten bei dem dort dargestellten Verlauf des magnetischen Flusses M1 durch die dabei wirkenden Umfangskräfte ein Gleichlauf zwischen dem Kupplungskörper 3 und dem Gangrad 7 hergestellt. Diese Umfangskräfte reichen aus, um nach einer Vorsynchronisierung durch die Hauptkupplung mit der Kupplungsscheibe 2 eine Feinsynchroniserung zu erzielen. Außer für eine Vorsynchronisierung kann die Hauptkupplung bei Mehrkupplungsgetrieben, insbesondere bei Doppelkupplungsgetrieben, auch für die Unterstützung des Synchronisiervorganges verwendet werden. Hierfür könnte weiterhin eine nicht dargestellte Getriebebremse eingesetzt werden.The in the 1 and 2 illustrated magnetic flux M1 through the coupling body 3 and through the gear wheel 7 leads to a force effect on the shift pins 5 , these in the coupling body 3 holds in the position shown. Furthermore, in the in the 1 and 2 Variants shown in the course of the magnetic flux M1 shown there by the peripheral forces acting thereby a synchronization between the coupling body 3 and the gear wheel 7 produced. These circumferential forces are sufficient, after a Vorsynchronisierung by the main clutch with the clutch disc 2 to achieve a fine synchronization. Except for a Vorsynchronisierung the main clutch can be used in multi-clutch transmissions, especially in dual-clutch transmissions, also for the support of the synchronization process. For this purpose, a transmission, not shown, could continue brake can be used.

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 switching between the individual Stator poles is done by a known per se control of power electronics by means of a control and regulation unit, not shown. For the Calculation of the control signals will vary depending on the control method Process variables measured.

Soll der Schaltvorgang ausgeführt werden, wird die Stromrichtung in den Erregerwicklungen 10 des Stators 9 umgekehrt. Damit erfolgt eine Umkehrung der Richtung des magnetischen Flusses, wie es in der 3 dargestellt ist. Die Kraftwirkung auf die Schaltstifte 5 kehrt sich darauf ebenfalls um und infolge dieser Kraft stellen die Schaltstifte 5 die formschlüssige Verbindung zwischen dem Gangrad 7 und dem Kupplungskörper 3 her. Damit ist der Schaltvorgang abgeschlossen.If the switching operation is to be carried out, the current direction in the exciter windings 10 of the stator 9 vice versa. This reverses the direction of the magnetic flux, as shown in FIG 3 is shown. The force on the shift pins 5 it also turns around and as a result of this force put the switching pins 5 the positive connection between the gear wheel 7 and the coupling body 3 ago. This completes the switching process.

In der 4 ist dargestellt, wie die von den permanentmagnetischen Schaltstiften 5 ausgehenden Haltekräfte reduziert werden können. Dazu sind im Kupplungskörper 3 im Bereich der Bohrungen 4 für die Schaltstifte 5 Teile 19 aus para- oder diamagnetischem Material vorgesehen. Weiterhin sind auch im Gangrad 7 im Bereich der Bohrungen 8 Teile 20 aus para- oder diamagnetischem Material vorgesehen.In the 4 is shown as that of the permanent magnetic switch pins 5 outgoing holding forces can be reduced. These are in the coupling body 3 in the field of drilling 4 for the switching pins 5 parts 19 provided by para or diamagnetic material. Furthermore, also in the gear wheel 7 in the field of drilling 8th parts 20 provided by para or diamagnetic material.

Beim Ausführungsbeispiel der 5 sind die Schaltstücke 5 an ihren Stirnseiten durch einen Haltering 21 untereinander verbunden. Dieser weist auf der dem Gangrad 7 zugeordneten Seite Zähne 22 auf, denen am Gangrad 7 Zähne 23 zugeordnet sind. Nach Abschluß des Synchronisiervorganges wird durch Umdrehen der Stromrichtung in der Erregerwicklung 10 die Richtung des Magnetfeldes geändert, so daß die Zähne 22 des Halteringes 21 in die Zwischenräume der Zähne 23 hineingezogen werden und damit eine formschlüssige Verbindung zwischen der Getriebewelle und dem Gangrad hergestellt ist.In the embodiment of 5 are the switching pieces 5 at its front sides by a retaining ring 21 interconnected. This points to the gear wheel 7 associated side teeth 22 on, those on the gear wheel 7 teeth 23 assigned. After completion of the synchronization is by turning the current direction in the field winding 10 changed the direction of the magnetic field, so that the teeth 22 of the retaining ring 21 in the spaces between the teeth 23 be drawn in and thus a positive connection between the transmission shaft and the gear wheel is made.

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.

Claims (26)

Synchronisier- und Schalteinrichtung für Stufenwechselgetriebe mit mindestens einer Getriebewelle und mit mindestens einem Gangrad, wobei für das Schalten mindestens ein elektrisch betätigbares Schaltstück vorgesehen ist, das die Getriebewelle mit dem Gangrad formschlüssig verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass für die Synchronisierung eine elektromagnetische Synchronisiereinrichtung vorgesehen ist.Synchronizing and switching device for variable speed transmission with at least one transmission shaft and at least one gear, wherein for switching at least one electrically actuated contact piece is provided, which connects the transmission shaft with the gear wheel form-fitting, characterized in that an electromagnetic synchronizer is provided for the synchronization. Synchronisier- und Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektromagnetische Anordnung vorgesehen ist, mittels der sowohl synchronisiert als auch geschaltet wird.Synchronizing and switching device according to claim 1, characterized in that an electromagnetic arrangement is provided by means of both synchronized and switched becomes. Synchronisier- und Schalteinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem Gangrad (7) ein auf der Getriebewelle (1) angeordneter Kupplungskörper (3) zugeordnet ist, dass dem Gangrad (7) und dem Kupplungskörper (3) ein weichmagnetischer Stator (9) mit mindestens einer Erregerwicklung (10) zugeordnet ist, dass das Gangrad (7) und der Kupplungskörper (3) mindestens im Bereich des Stators (9) aus weichmagnetischem Material bestehen und dass im Kupplungskörper (3) mindestens ein permanentmagnetisches Schaltstück (5, 21, 22) vorgesehen ist, dem im Gangrad (7) Mittel (8, 23) zur Erzielung der formschlüssigen Verbindung mit dem Kupplungskörper (3) durch das Schaltstück (5, 21, 22) zugeordnet sind.Synchronizing and switching device according to claim 1 or 2, characterized in that the gear wheel ( 7 ) on the gear shaft ( 1 ) arranged coupling body ( 3 ) is assigned to the gear wheel ( 7 ) and the coupling body ( 3 ) a soft magnetic stator ( 9 ) with at least one field winding ( 10 ) that the gear wheel ( 7 ) and the coupling body ( 3 ) at least in the region of the stator ( 9 ) consist of soft magnetic material and that in the coupling body ( 3 ) at least one permanent-magnetic contact piece ( 5 . 21 . 22 ) is provided in the gear wheel ( 7 ) Medium ( 8th . 23 ) to achieve the positive connection with the coupling body ( 3 ) by the contact piece ( 5 . 21 . 22 ) assigned. Synchronisier- und Schalteinrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gangrad (7) und der Kupplungskörper (3) mindestens je eine gegenüberliegende Vertiefung (4, 8) für die Aufnahme eines permanentmagnetischen Schaltstückes (5) aufweisen. wobei zwei der Baugruppen Stator (9) Gangrad (7), Kupplungskörper (3) mit gegenüberliegenden Zähnen (6, 11; 12, 13) versehen sind.Synchronizing and switching device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the gear wheel ( 7 ) and the coupling body ( 3 ) at least one opposite depression ( 4 . 8th ) for receiving a permanent-magnetic contact piece ( 5 ) exhibit. where two of the assemblies are stator ( 9 ) Gear wheel ( 7 ), Coupling body ( 3 ) with opposing teeth ( 6 . 11 ; 12 . 13 ) are provided. Synchronisier- und Schalteinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet dass die Baugruppen Stator (9), Gangrad (7) und Kupplungskörper (3) für das Synchronisieren magnetisch richtungsmäßig so durchflutet werden, dass die Schaltstücke (5) in der Vertiefung (4) gehalten werden und nach der Herstellung der Synchronität durch Umdrehung der Stromrichtung in der Erregerwicklung (10) die Richtung des Magnetfeldes geändert wird, so dass die Schaltstücke (5) in die Vertiefung ((8) im Gangrad (7) hineingezogen werden und somit sowohl in den Kupplungskörper (3) als auch in das Gangrad (7) eingreifen und beide verbinden.Synchronizing and switching device according to claim 3 or 4, characterized in that the assemblies stator ( 9 ), Gear wheel ( 7 ) and coupling body ( 3 ) are magnetically flooded so that the switching pieces ( 5 ) in the depression ( 4 ) and after the production of synchronicity by rotation of the current direction in the field winding ( 10 ) the direction of the magnetic field is changed, so that the switching pieces ( 5 ) into the depression (( 8th ) in the gear wheel ( 7 ) and thus into both the coupling body ( 3 ) as well as in the gear wheel ( 7 ) intervene and connect both. Synchronisier- und Schalteinrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltstücke (5) stift- oder bolzenförmig ausgebildet sind.Synchronizing and switching device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the switching pieces ( 5 ) are pin-shaped or bolt-shaped. Synchronisier- und Schalteinrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (9) mehrpolig ist, dass dieser im Bereich des Gangrades (7) glatt ist und dass auch das Gangrad (7) an dieser Stelle glatt ist, während der Kupplungskörper (3) auf seinem Umfang Zähne (6) aufweist, die den Polen (11) des Stators (9) gegenüberliegen, wobei die Polteilung des Stators (9) und die Zahnteilung des Kupplungskörpers (3) unterschiedlich ist.Synchronizing and switching device according to at least one of claims 3 to 6, characterized in that the stator ( 9 ) is multipolar, that this in the region of the gear wheel ( 7 ) is smooth and that also the gear wheel ( 7 ) is smooth at this point, while the coupling body ( 3 ) on its circumference teeth ( 6 ) facing the poles ( 11 ) of the stator ( 9 ), the pole pitch of the stator ( 9 ) and the pitch of the coupling body ( 3 ) is different. Synchronisier- und Schalteinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (9) mindestens drei Pole (11) aufweist.Synchronizing and switching device according to claim 7, characterized in that the stator ( 9 ) at least three poles ( 11 ) having. Synchronisier- und Schalteinrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (9) gegenüber dem Gangrad (7) und dem Kupplungskörper (3) glatt ausgebildet ist, während das Gangrad (7) und der Kupplungskörper (3) sich gegenüberliegende Zähne (12, 13) aufweisen.Synchronizing and switching device according to at least one of claims 3 to 6, characterized in that the stator ( 9 ) opposite the gear wheel ( 7 ) and the coupling body ( 3 ) is smooth, while the gear wheel ( 7 ) and the coupling body ( 3 ) opposing teeth ( 12 . 13 ) exhibit. Synchronisier- und Schalteinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähne (12, 13) seitlich am Kupplungskörper (3) und am Gangrad (7) angeordnet sind.Synchronizing and switching device according to claim 9, characterized in that the teeth ( 12 . 13 ) laterally on the coupling body ( 3 ) and on the gear wheel ( 7 ) are arranged. Synchronisier- und Schalteinrichtung nach mindestes einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zur Reduzierung der von den permanentmagnetischen Schaltstücken (5) in ihren Endlagen ausgehenden Haltekräfte Teile (19) des Kupplungskörpers (3) und Teile (20) des Gangrades (7) aus para- oder diamagnetischem Material bestehen.Synchronizing and switching device according to at least one of claims 3 to 10, characterized in that for the reduction of the permanent-magnetic contact pieces ( 5 ) in their end positions outgoing holding parts ( 19 ) of the coupling body ( 3 ) and parts ( 20 ) of the gear wheel ( 7 ) consist of para or diamagnetic material. Synchronisier- und Schalteinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Endanschläge (19, 20) für die Schaltstücke (5) aus para- oder diamagnetischem Material bestehen.Synchronizing and switching device according to claim 11, characterized in that the end stops ( 19 . 20 ) for the contact pieces ( 5 ) consist of para or diamagnetic material. Synchronisier- und Schalteinrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass an den Vertiefungen (4, 8) für die Schaltstücke (5) Rastierungen (14) für die sichere Halterung der Schaltstücke (5) in ihren Endlagen auch bei Ausfall der Elektrik vorgesehen sind.Synchronizing and switching device according to at least one of claims 3 to 12, characterized in that at the recesses ( 4 . 8th ) for the contact pieces ( 5 ) Detents ( 14 ) for the secure mounting of the contact pieces ( 5 ) are provided in their end positions even in case of failure of the electrical system. Synchronisier- und Schalteinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass den Rastierungen (14) Ausnehmungen (16, 17) in den Schaltstücken (5) zugeordnet sind.Synchronizing and switching device according to claim 13, characterized in that the detents ( 14 ) Recesses ( 16 . 17 ) in the contact pieces ( 5 ) assigned. Synchronisier- und Schalteinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (16, 17) vorzugsweise muldenförmig ausgebildet sind.Synchronizing and switching device according to claim 14, characterized in that the recesses ( 16 . 17 ) are preferably formed trough-shaped. Synchronisier- und Schalteinrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 3 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltstücke (5) mit einer Umhüllung aus mechanisch festerem Material versehen sind, als es das permanentmagnetische Material der Schaltstücke ist.Synchronizing and switching device according to at least one of claims 3 to 15, characterized in that the switching pieces ( 5 ) are provided with a cladding of mechanically stronger material, as it is the permanent magnetic material of the switching pieces. Synchronisier- und Schalteinrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Umhüllung aus einer Hülse besteht, in der mehrere einzelne Permanentmagnete angeordnet sind.Synchronizing and switching device according to claim 16, characterized in that the envelope consists of a sleeve, in which a plurality of individual permanent magnets are arranged. Synchronisier- und Schalteinrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 3 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung mehrerer Schaltstücke (5) diese mechanisch miteinander verbunden sind.Synchronizing and switching device according to at least one of claims 3 to 17, characterized in that when using a plurality of contact pieces ( 5 ) These are mechanically interconnected. Synchronisier- und Schalteinrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltstücke (5) durch mindestens einen Haltering (18, 21) miteinander verbunden sind.Synchronizing and switching device according to claim 18, characterized in that the switching pieces ( 5 ) by at least one retaining ring ( 18 . 21 ) are interconnected. Synchronisier- und Schalteinrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltering (18, 21) im Kupplungskörper formschlüssig gleitend gelagert ist.Synchronizing and switching device according to claim 19, characterized in that the retaining ring ( 18 . 21 ) is mounted in a form-fitting sliding manner in the coupling body. Synchronisier- und Schalteinrichtung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltering (21) auf der dem Gangrad (7) zugeordneten Seite vorgesehen ist und auf dieser Seite eine Kupplungsverzahnung (22) aufweist, die mit einer im Gangrad (7) eingebrachten Gegenverzahnung (23) beim Schalten formschlüssig verbindbar ist.Synchronizing and switching device according to claim 19 or 20, characterized in that the retaining ring ( 21 ) on the gear wheel ( 7 ) side is provided and on this side a coupling toothing ( 22 ) with one in the gear wheel ( 7 ) introduced counter-toothing ( 23 ) is positively connected during switching. Synchronisier- und Schalteinrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4 und 7 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Getriebewelle (1) eine ringförmige permanentmagnetische Schiebemuffe mit Verzahnung angeordnet ist, die mit einer im Gangrad eingebrachten Gegenverzahnung beim Schalten formschlüssig verbindbar ist.Synchronizing and switching device according to at least one of claims 1 to 4 and 7 to 17, characterized in that on the transmission shaft ( 1 ) An annular permanent magnetic sliding sleeve is arranged with toothing, which is positively connected to a introduced in the gear wheel counter teeth when switching. Synchronisier- und Schalteinrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 4 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (4, 8) für die Schaltstücke (5) als Luft- oder Flüssigkeitsdämpfer ausgeführt sind.Synchronizing and switching device according to at least one of claims 4 to 20, characterized in that the depressions ( 4 . 8th ) for the contact pieces ( 5 ) are designed as air or liquid dampers. Synchronisier- und Schalteinrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 3 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Gangrad (7) aus mindestens zwei Teilen besteht, wobei der verzahnte Teil aus einem Zahnradwerkstoff und der im magnetischen Kreis liegende Teil aus einem weichmagnetischen Werkstoff besteht.Synchronizing and switching device according to at least one of claims 3 to 23, characterized in that the gear wheel ( 7 ) consists of at least two parts, wherein the toothed part consists of a gear material and lying in the magnetic circuit part of a soft magnetic material. Synchronisier- und Schalteinrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Doppel- und Mehrkupplungsgetrieben zur Unterstützung des Synchronisiervorganges eine schleifende Hauptkupplung verwendet wird.Synchronizing and switching device after at least one of the preceding claims, characterized characterized in that in double and multi-clutch transmissions for support the Synchronisiervorganges used a sliding main coupling becomes. Synchronisier- und Schalteinrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Unterstützung des Synchronisiervorganges eine Getriebebremse vorgesehen ist.Synchronizing and switching device according to at least one of the preceding claims, characterized in that in support of the synchronizing a transmission brake is provided.
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