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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltkupplungsanordnung für Kraftfahrzeuggetriebe,
zum Verbinden einer Welle mit einem daran gelagerten Drehkörper, insbesondere
mit einem Losrad, wobei die Schaltkupplungsanordnung aufweist:
- – eine
mit der Welle drehfest verbundene Schaltmuffe, die an der Welle
zwischen einer Schließstellung
und einer Offen stellung axial verschieblich gelagert ist und eine
erste Schaltverzahnung aufweist;
- – einen
mit dem Drehkörper
drehfest verbundenen Kupplungskörper,
der eine zweite Schaltverzahnung aufweist, in die die erste Schaltverzahnung
in Schließrichtung
axial eingeschoben werden kann, um den Drehkörper in der Schließstellung
mit der Welle zu verbinden; und
- – eine
Aktuatoranordnung zum axialen Verschieben der Schaltmuffe.
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Ferner
betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Einrücken einer
Gangstufe eines Getriebes, insbesondere eines Kraftfahrzeuggetriebes, und
zwar durch axiales Verschieben einer Schaltmuffe in Bezug auf einen
Kupplungskörper,
sowie ein entsprechendes Verfahren zum Ausrücken einer solchen Gangstufe.
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Schaltkupplungsanordnungen
der oben bezeichneten Art sind allgemein bekannt. Sie werden regelmäßig in so
genannten Handschaltgetrieben, in automatisierten Schaltgetrieben
(ASG) sowie in Doppelkupplungsgetrieben (DKG) verwendet. Schaltkupplungsanordnungen
der genannten Art können jedoch
auch für
andere Verbindungen zwischen einer Welle und einem Drehkörper verwendet
werden, beispielsweise zwischen zwei Wellen oder Ähnlichem.
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Der
Kupplungskörper
mit der zweiten Schaltverzahnung kann separat von dem Drehkörper ausgebildet
und mit diesem fest verbunden sein. Alternativ ist es auch möglich, den
Kupplungskörper
einstückig
mit dem Drehkörper
auszubilden.
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Bei
den Aktuatoranordnungen kennt man hydraulische Aktuatoren, die die
Kraft zum axialen Verschieben der Schaltmuffe hydraulisch erzeugen.
Ferner sind so genannte elektromechanische Aktuatoren bekannt, bei
denen die Kraft eines elektrischen Motors dazu verwendet wird, um
die Schaltmuffe axial zu verschieben. Hierbei wird häufig ein
Rotations-/Translations-Wandler,
wie eine Schaltwalze, verwendet.
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Diese
bekannten Schaltkupplungsanordnungen unterliegen jedoch einem relativ
hohen Verschleiß.
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Vor
dem obigen Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
eine verbesserte Schaltkupplungsanordnung für Kraftfahrzeuggetriebe anzugeben.
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Diese
Aufgabe wird bei der eingangs genannten Schaltkupplungsanordnung
dadurch gelöst, dass
die Aktuatoranordnung eine Elektromagnetanordnung aufweist, die
ansteuerbar ist, um die Schaltmuffe axial zu verschieben.
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Mit
einer Elektromagnetanordnung als Aktuator lassen sich die Schaltkräfte zum
axialen Verschieben der Schaltmuffe berührungslos übertragen. Demzufolge zeichnet
sich die erfindungsgemäße Schaltkupplungsanordnung
durch einen geringen Verschleiß aus.
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Besonders
bevorzugt ist die Schaltkupplungsanordnung ohne Synchronisierungsmittel
(d.h. ohne Synchronring) ausgestattet, so dass die Schaltkräfte vergleichsweise
gering sind.
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Die
obige Aufgabe wird ferner gelöst
durch ein Verfahren zum Einrücken
einer Gangstufe eines Getriebes, insbesondere eines Kraftfahrzeuggetriebes,
und zwar durch axiales Verschieben einer Schaltmuffe in Bezug auf
einen Kupplungskörper
mittels einer Elektromagnetanordnung, wobei die Elektromagnetanordnung
ein Magnetgehäuse,
eine elektrische Spulenanordnung und einen Permanentmagneten aufweist,
mit den Schritten, die Spulenanordnung zu bestromen, so dass ein
erster magnetischer Kreis über
das Magnetgehäuse,
den Permanentmagneten, einen magnetisierbaren Ankerabschnitt der Schaltmuffe,
einen Polkörper
des Kupplungskörpers und
einen axialen Luftspalt zwischen dem Ankerabschnitt und dem Polkörper eingerichtet
wird, und bei oder nach Schließen
des Luftspaltes die Bestromung zu reduzieren, wobei der Permanentmagnet
einen magnetischen Haltefluss über
den ersten magnetischen Kreis aufrechterhält, um die Schaltmuffe axial in
der eingerückten
Position zu halten.
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Die
obige Aufgabe wird ferner gelöst
durch ein Verfahren zum Ausrücken
einer Gangstufe eines Getriebes, insbesondere eines Kraftfahrzeuggetriebes,
und zwar durch axiales Verschieben einer Schaltmuffe in Bezug auf
einen Kupplungskörper
mittels einer Elektromagnetanordnung, wobei die Elektromagnetanordnung
ein Magnetgehäuse,
eine elektrische Spulenanordnung und einen Permanentmagneten aufweist,
und wobei die Schaltmuffe mittels eines von dem Permanentmagneten
erzeugten Halteflusses über
einen ersten magnetischen Kreis axial gehalten ist, mit den Schritten,
die Spulenanordnung zu bestromen, so dass der von dem Permanentmagneten
erzeugte magnetische Fluss in einen zweiten magnetischen Kreis verdrängt wird,
der über
das Magnetgehäuse,
den Permanentmagneten und einen magnetisierbaren Ankerabschnitt
der Schaltmuffe eingerichtet wird, und mittels dessen die Schaltmuffe axial
in der ausgerückten
Position gehalten werden kann.
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Die
Aufgabe wird somit vollkommen gelöst.
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Bei
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
weist die Elektromagnetanordnung eine Permanentmagnetanordnung und
ein Magnetgehäuse
auf, die so angeordnet sind, dass sie mit einem magnetisierbaren
Ankerabschnitt der Schaltmuffe in der Schließ- und/oder der Offenstellung einen magnetischen
Kreis bilden, mittels dessen die Schaltmuffe axial gehalten wird.
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Die
Permanentmagnetanordnung erzeugt dabei einen magnetischen Fluss
in dem Kreis, so dass die Schaltmuffe ohne ständige Energiezufuhr axial in
der Schließ-
und/oder in der Offenstellung (d.h. in wenigstens einer Endstellung)
gehalten werden kann.
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Dabei
ist es von besonderem Vorteil, wenn das Magnetgehäuse und
die Permanentmagnetanordnung an einem Gehäuse des Kraftfahrzeuggetriebes
festgelegt sind.
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Hierbei
kann das Magnetsystem am Getriebegehäuse vormontiert werden. Es
ist eine kompakte Bauweise möglich.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
weist die Permanentmagnetanordnung einen ringförmigen, radial magnetisierten
Permanentmagneten auf.
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Eine
radiale Magnetisierung hat den Vorteil, dass der von dem Permanentmagneten
erzeugte magnetische Fluss sowohl für eine Haltefunktion in der
Offenstellung als auch für
eine Haltefunktion in der Schließstellung verwendet werden
kann. Bei einer axialen Magnetisierung ist hingegen eine Haltefunktion
in der Regel nur in einer der zwei Endstellungen möglich.
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Ferner
ist es insgesamt vorteilhaft, wenn das Magnetgehäuse ringförmig ausgebildet ist und zwei radial
nach innen gerichtete Ringschenkel aufweist, zwischen denen die
Permanentmagnetanordnung angeordnet ist.
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Bei
dieser Ausführungsform
ist es möglich, einen
magnetischen Kreis über
die Permanentmagnetanordnung und einen Ringschenkel auszubilden. Es
ist auch möglich,
einen zweiten magnetischen Kreis über den anderen Ringschenkel
und die Permanentmagnetanordnung einzurichten. Hierdurch kann die
Funktionalität
insgesamt erhöht
werden.
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Dabei
ist es von besonderem Vorteil, wenn zwischen einem Ringschenkel
und einem Permanentmagneten der Permanentmagnetanordnung ein Zwischenraum
angeordnet ist, der mit einem nichtmagnetischen Medium gefüllt ist.
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Auf
diese Weise kann ein magnetischer Kurzschluss zwischen dem Permanentmagneten und
dem Ringschenkel verhindert werden. Das nichtmagnetische Medium
kann im einfachsten Fall Luft sein. Es ist jedoch auch möglich, ein
nichtmagnetisches (amagnetisches) Material, wie beispielsweise Edelstahl,
Kunststoff oder Ähnliches,
einzusetzen.
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Dabei
ist es ferner vorteilhaft, wenn die Permanentmagnetanordnung einen
nichtmagnetischen Träger
aufweist, an dem der Permanentmagnet festgelegt ist, wobei der Träger in dem
Zwischenraum angeordnet ist.
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Bei
dieser Ausführungsform
kann die Permanentmagnetanordnung zum einen günstig hergestellt werden. Zum
anderen kann der Träger
der Permanentmagnetanordnung zur "Auffüllung" des Zwischenraumes
genutzt werden.
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Insgesamt
ist es auch bevorzugt, wenn zwischen den zwei Ringschenkeln des
Magnetgehäuses eine
Spulenanordnung der Elektromagnetanordnung angeordnet ist.
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Die
Spulenanordnung ist in an sich bekannter Weise bestrombar, um über das
Magnetgehäuse einen
magnetischen Fluss sowie hierdurch ein magnetisches Feld und damit
Schaltkräfte
zu erzeugen. Durch die Anordnung der Spulenanordnung zwischen den
zwei Ringschenkeln lässt
sich insgesamt eine kompakte Anordnung erzielen.
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Besonders
bevorzugt ist es dabei, wenn der Permanentmagnet zwischen der Spulenanordnung und
dem Zwischenraum angeordnet ist.
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Auf
diese Weise können
in kompakter Weise zwei magnetische Kreise auf vergleichsweise einfache
Weise eingerichtet werden. Insbesondere kann der Permanentmagnet
hierbei für
eine Haltefunktion sowohl in der Schließ- als auch in der Offenstellung verwendet
werden.
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Bevorzugt
ist es ferner, wenn ein Ringschenkel über einen ersten radialen Luftspalt
mit einem Polkörper
magnetisch gekoppelt ist, der an dem Kupplungskörper festgelegt ist.
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Der
Polkörper
kann separat von dem Kupplungskörper
ausgebildet sein, kann jedoch auch einstückig mit dem Kupplungskörper ausgebildet
sein.
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Durch
die Tatsache, dass die Kupplung über einen
radialen Luftspalt erfolgt, werden Axialkräfte zwischen dem feststehenden
Teil der Elektromagnetanordnung und dem rotierenden Teil der Elektromagnetanordnung
vermieden. Lagerbelastungen können
hierdurch verringert werden.
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Ferner
ist es vorteilhaft, wenn ein Ringschenkel über einen zweiten radialen
Luftspalt mit einem Ankerabschnitt magnetisch gekoppelt ist, der
an der Schaltmuffe festgelegt ist.
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Auch
hierbei können
Axialkräfte
zwischen rotierenden und feststehenden Teilen verringert, vorzugsweise
vermieden werden.
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Es
versteht sich, dass es hierbei auch bevorzugt ist, wenn ein Permanentmagnet
der Permanentmagnetanordnung über
einen dritten radialen Luftspalt mit einem Ankerabschnitt magnetisch
gekoppelt ist, der an der Schaltmuffe festgelegt ist.
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Wenn
bei Einrichtung eines magnetischen Kreises die Kopplung zwischen
feststehenden Teilen und rotierenden Teilen jeweils über einen
radialen Luftspalt erfolgt, heben sich die entstehenden Radialkräfte aufgrund
der symmetrischen Verhältnisse
auf.
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Somit
lassen sich in den beiden Endstellungen der Schaltkupplungsanordnung
Lagerbelastungen und Reibungsverluste sowie Verschleiß aufgrund
der Elektromagnetanordnung vermeiden.
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Besonders
bevorzugt ist es daher, wenn die Elektromagnetanordnung dazu äusgelegt
ist, einen ersten und einen zweiten magnetischen Kreis einzurichten,
wobei bei Einrichtung des ersten magnetischen Kreises auf einen
Ankerabschnitt der Schaltmuffe eine erste Magnetkraft ausgeübt wird,
die die Schaltmuffe in Schließrichtung
verschiebt.
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Entsprechend
ist es hierbei bevorzugt, wenn bei Einrichtung des zweiten magnetischen
Kreises auf einen Ankerabschnitt der Schaltmuffe eine zweite Magnetkraft
ausgeübt
wird, die die Schaltmuffe entgegen der Schließrichtung verschiebt.
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Bei
den erfindungsgemäßen Verfahren
zum Ein- bzw. Ausrücken
einer Gangstufe ist es besonders bevorzugt, wenn die Schaltmuffe
mittels eines mechanischen Energiespeichers entgegen der Einrückrichtung
vorgespannt wird.
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Hierdurch
kann insbesondere ein sicheres Ausrücken der Gangstufe erzielt
werden.
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Ferner
ist es vorteilhaft, wenn bei den erfindungsgemäßen Verfahren das Magnetgehäuse und der
Permanentmagnet gehäusefest
angeordnet und mit dem Polkörper
bzw. dem Ankerabschnitt über
radiale Luftspalte verbunden sind.
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Insgesamt
lässt sich
mit der erfindungsgemäßem Schaltkupplungsanordnung
bzw. dem erfindungsgemäßen Verfahren
wenigstens einer der folgenden Vorteile erzielen:
- – kompakte
Bauweise,
- – berührungslose
Schaltkraftübertragung
zwischen rotierenden und gehäusefesten
Teilen,
- – eine
Funktionsintegration dadurch, dass die Schaltmuffe als Magnetanker
ausgebildet ist,
- – Ermöglichen
einer Vormontage, indem das gehäusefeste
Magnetsystem am Getriebegehäuse vormontiert
werden kann,
- – verschleißfreie Aktuatorik,
- – relativ
einfacher Aufbau,
- – einfache
Regelung: definierte Endlage.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
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.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der
nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
perspektivische schematische Teilschnittansicht durch eine Schaltkupplungsanordnung
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2 eine
schematische Darstellung eines Kraftfahrzeuggetriebes, bei dem die
erfindungsgemäße Schaltkupplungsanordnung
verwendbar ist;
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3 drei
Phasen beim Einrücken
einer Gangstufe mittels einer erfindungsgemäßen Schaltkupplungsanordnung;
und
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4 drei
Phasen beim Ausrücken
einer Gangstufe mittels einer erfindungsgemäßen Schaltkupplungsanordnung.
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In 1 ist
eine Schaltkupplungsanordnung gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung generell mit 10 bezeichnet.
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Die
Schaltkupplungsanordnung 10 dient dazu, eine Welle 12 mit
einem Drehkörper,
wie einem Losrad 14, zu verbinden bzw. die Verbindung zu
lösen.
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Das
Losrad 14 ist drehbar an der Welle 12 gelagert,
beispielsweise mittels schematisch gezeigter Nadellager 16.
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Das
Losrad 14 weist eine Stirnverzahnung 18 auf, die
beispielsweise in Eingriff treten kann mit einer entsprechenden
Verzahnung eines Festrades an einer parallelen Welle.
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An
der Welle 12 ist eine Führungsmuffe 20 festgelegt.
Die Führungsmuffe 20 kann
separat von der Welle 12 ausgebildet oder einstückig hiermit
ausgebildet sein.
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Die
Führungsmuffe 20 dient
dazu, eine Schaltmuffe (Schiebemuffe) 22 axial verschieblich
zu lagern. Die Schaltmuffe 22 weist dabei eine Schaltverzahnung,
beispielsweise eine Innenverzahnung 24, wie dargestellt,
auf.
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An
dem Losrad 14 ist ein Kupplungskörper 26 festgelegt.
Dieser kann separat von dem Losrad 14 hergestellt und hieran
festgelegt sein. Er kann jedoch auch einstückig mit dem Losrad 14 ausgebildet sein.
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Der
Kupplungskörper 26 weist
eine entsprechende Schaltverzahnung, hier eine Außenverzahnung 28,
auf.
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Wenn
die Schaltmuffe 22 in axialer Richtung verschoben wird
(beispielsweise in 1 in Schließrichtung 30), wird
die Innenverzahnung 24 der Schaltmuffe 22 in die
Außenverzahnung 28 des Kupplungskörpers 26 eingeführt, so
dass die Welle 12 und das Losrad 14 drehfest miteinander
verbunden werden. Bei Zurückziehen
der Schaltmuffe 22 entgegen der Schaltrichtung 30 treten
die Verzahnungen 24, 28 außer Eingriff, so dass das Losrad 14 in
Bezug auf die Welle 12 frei drehbar ist.
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Es
versteht sich, dass die Schaltmuffe 22 mit der Welle 12 (der
Führungsmuffe 20)
drehfest verbunden ist.
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Die
Schaltmuffe 22 ist in 1 in einer
Offenstellung gezeigt, also in einer Stellung, bei der die Verzahnungen 24, 28 außer Eingriff
stehen. Die Schaltmuffe 22 ist mittels eines mechanischen
Energiespeichers, im vorliegenden Fall mittels einer Feder 32,
in diese Offenstellung vorgespannt. Zu diesem Zweck weist die Schaltmuffe 22 einen
Radialsteg 34 auf, an dem ein Ende der Feder 32 anliegt. Zum
anderen ist an der Führungsmuffe 20 ein
Sicherungsring 36 festgelegt, an dem das andere Ende der Feder 32 anliegt.
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Zum
axialen Verschieben der Schaltmuffe 22 in Bezug auf die
Führungsmuffe 20 ist
eine Aktuatoranordnung 40 vorgesehen.
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Die
Aktuatoranordnung 40 beinhaltet ein generell ringförmiges Magnetgehäuse 42,
das an einem Getriebegehäuse 44 festgelegt
ist. Die Aktuatoranordnung 40 beinhaltet ferner eine Elektromagnetanordnung 46.
Diese wiederum beinhaltet eine elektrische Spulenanordnung in Form
einer Ringspule 48.
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Das
Magnetgehäuse 42 weist
einen axialen Ringsteg 50 sowie einen ersten radialen Ringschenkel 52 und
einen zweiten radialen Ringschenkel 54 auf. Die zwei Ringschenkel 52, 54 stehen
von dem axialen Ringsteg 50 nach innen vor. Im Querschnitt ist
das Magnetgehäuse
folglich etwa U-förmig.
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Radial
innerhalb des axialen Ringsteges 50 ist zwischen den zwei
Ringschenkeln 52, 54 zum einen die Spule 48 angeordnet.
Zum anderen ist dazwischen eine Permanentmagnetanordnung 56 angeordnet,
die einen Permanentmagneten 58 aufweist. Der Permanentmagnet 58 ist
als Ringmagnet ausgebildet, der radial magnetisiert ist, so dass
ein Pol radial außen
und ein Pol radial innen ist.
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Die
Permanentmagnetanordnung 56 beinhaltet ferner einen Träger 60 aus
einem nichtmagnetischen Material. Die Permanentmagnetanordnung 56 ist
benachbart zu dem zweiten Ringschenkel 54 angeordnet, derart,
dass der Träger 60 den
Permanentmagneten 58 von dem zweiten Ringschenkel 54 beabstandet
hält. Mit
anderen Worten ist zwischen dem zweiten Ringschenkel 54 und
dem Permanentmagneten 56 ein Zwischenraum (62)
gebildet, der mit einem nicht-magnetischen Medium (im vorliegenden Fall
dem Träger 60)
gefüllt
ist.
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Die
Spule 48 ist in an sich bekannter Weise auf einem Spulenkörper 64 gewickelt.
Der Spulenkörper 64 kann
aus Kunststoff hergestellt sein, beispielsweise aus POM oder einem
anderen nichtmagnetisierbaren Material wie z.B. austenitischer Edelstahl.
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Mit
dem Kupplungskörper 26 ist
ein Polkörper 66 aus
einem magnetisierbaren Material fest verbunden. Der Polkörper 66 liegt
dabei radial innerhalb des ersten Ringschenkels 52 und
ist mit diesem über einen
schmalen radialen Luftspalt (nicht näher bezeichnet) magnetisch
gekoppelt. In entsprechender Weise ist an der Schaltmuffe 22 ein
Ankerabschnitt 68 aus einem magnetisierbaren Material festgelegt. In
der in 1 gezeigten Offenstellung liegt der Ankerabschnitt 68 radial
innerhalb des zweiten Ringschenkels 54 und erstreckt sich
axial in Richtung hin zu dem Polkörper 66. Dabei liegt
der Ankerabschnitt 68 auch radial innerhalb des Permanentmagneten 58 bzw.
der Permanentmagnetanordnung 56.
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In
der gezeigten Offenstellung ist zwischen einer axialen Stirnseite
des Polkörpers 66 und
einer axialen Stirnseite des Ankerabschnittes 68 ein axialer
Luftspalt 74 gebildet. Die einander gegenüberliegenden
Stirnseiten können
dabei konisch zulaufend ausgebildet sein, um auch bei vergleichsweise
großem
Hub eine relativ hohe magnetische Kraft erzielen zu können.
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Der
Polkörper 66 und
der Ankerabschnitt 68 sind, wie gesagt, aus einem magnetisierbaren
Material gebildet. Bevorzugt sind sie getrennt von dem Kupplungskörper 26 bzw.
der Schaltmuffe 22 ausgebildet. Es ist jedoch generell
auch denkbar, den Polkörper 66 einstückig mit
dem Kupplungskörper 26 bzw.
den Ankerabschnitt 58 einstückig mit der Schaltmuffe 22 auszubilden.
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Bei 70 und 72 sind
ferner elektrische Zuleitungen gezeigt, die dazu dienen, die Spule 48 zu
bestromen.
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Man
erkennt dass die Schaltkupplungsanordnung 10 keine eigenen
Synchronisierungsmittel, wie etwa einen Synchronring, beinhaltet.
Die Schaltkupplungsanordnung 10 arbeitet daher nach der
Art einer Klauenkupplung. Die hierbei zum Einspuren der Verzahnungen 24, 28 notwendigen
Kräfte
sind im Vergleich zu herkömmlichen
Synchronkupplungen relativ gering. Die Synchronisierung kann dabei durch
andere Mittel vorgenommen werden. Bei einem Getriebe für ein elektromotorisch
angetriebenes Fahrzeug kann die Synchronisierung gegebenenfalls über den
elektromotorischen Antrieb erfolgen. Gleiches gilt bei so genannten
Hybridantrieben. Es können
jedoch auch andere Mittel zur Synchronisierung vorgesehen sein,
wie beispielsweise Bremsen oder Ähnliches.
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Es
ist jedoch auch denkbar, die relativen Drehstellungen von Welle 12 und
Losrad 14 zu überwachen
und die Schaltkupplungsanordnung 10 bei geeigneter relativer
Drehstellung zu betätigen,
um Kratzen und Ähnliches
zu vermeiden.
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Ferner
ist es natürlich
auch möglich,
eine erfindungsgemäße Schaltkupplungsanordnung
mit Synchronisierungsmitteln (Synchronring) auszustatten.
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In 2 ist
beispielhaft ein Kraftfahrzeuggetriebe dargestellt, für das die
Schaltkupplungsanordnung 10 der 1 verwendet
werden kann. Das Getriebe 80 ist beispielhaft als Getriebe
für den
Längseinbau
dargestellt und weist zwei Gangstufen auf. Es ist jedoch auch möglich, die
Schaltkupplungsanordnung 10 bei Getrieben mit mehreren
Gangstufen zu verwenden.
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Bevorzugt
kann die Schaltkupplungsanordnung 10 auch bei einem Getriebe
verwendet werden, das als 2-Gang-Getriebe ausgelegt ist, und zwar
zur Verbindung mit einem Elektromotor als Antriebsmotor für das Kraftfahrzeug.
Ein derartiger Antriebsstrang ist beschrieben in der deutschen Gebrauchsmusteranmeldung
20 2005 019 438.7, deren Inhalt vorliegend vollständig durch
Bezugnahme enthalten sein soll.
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Das
dargestellte Getriebe 80 ist jedoch, wie gesagt, ein für Längseinbau
geeignetes Getriebe und beinhaltet eine Eingangswelle 82,
die über
einen Konstanten-Radsatz 84 mit einer Vorgelegewelle 86 verbunden
ist. Ferner weist das Getriebe 80 eine Ausgangswelle 88 auf.
Ein erster Radsatz 90 mit einem Losrad und einem Festrad
und ein zweiter Radsatz 94 mit einem Losrad und einem Festrad
dienen zur Darstellung jeweiliger Gangstufen des Getriebes 80.
Das Losrad des Radsatzes 90 ist mittels einer ersten Schaltkupplung 92 mit
der Ausgangswelle 88 verbindbar. Das Losrad des zweiten
Radsatzes 94 ist mittels einer zweiten Schaltkupplung 96 mit
der Ausgangswelle 88 verbindbar.
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Zum
Betätigen
der Schaltkupplungen 92, 96 dienen eine erste
bzw. eine zweite Aktuatoranordnung 98, 100.
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Die
erste Schaltkupplung 92 und die erste Aktuatoranordnung 98 können durch
eine Schaltkupplungsanordnung 10 der 1 gebildet
sein. Entsprechend können
die zweite Schaltkupplung 96 und die zweite Aktuatoranordnung 100 durch
eine Schaltkupplungsanordnung 10 der 1 gebildet
sein.
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3 zeigt
das Einrücken
einer Gangstufe bzw. das Schließen
einer erfindungsgemäßen Schaltkupplungsanordnung.
In entsprechender Weise zeigt 4 das Ausrücken einer
Gangstufe mit einer erfindungsgemäßen Schaltkupplungsanordnung 10.
Der grundsätzliche
Aufbau und die grundsätzliche
Funktionsweise der Schaltkupplungsanordnung 10 der 3 und 4 entspricht
jener der 1. Gleiche Elemente sind daher
mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Ferner
ist in der linken Darstellung von 3 die Schaltkupplungsanordnung 10 in
einer Offenstellung gezeigt. Man erkennt, dass zwischen dem ersten
Ringschenkel 52 und dem Polkörper 66 ein erster radialer
Luftspalt 104 eingerichtet ist. Ferner ist zwischen dem
Ankerabschnitt 68 und dem zweiten Ringschenkel 54 ein
zweiter radialer Luftspalt 106 eingerichtet. Wie es in
der mittleren Darstellung der 3 gezeigt
ist, ist in der Offenstellung ferner zwischen dem Permanentmagneten 58 und
dem Ankerabschnitt 68 ein dritter radialer Luftspalt 108 eingerichtet.
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In 3 ist
links eine Ruhestellung dargestellt, bei der die Spule 48 nicht
bestromt ist. Der Strom I, der über
die elektrischen Leitungen 70, 72 geführt ist,
beträgt
0 Ampère.
Der Permanentmagnet 58 erzeugt einen magnetischen Fluss,
der über
den axialen Ringsteg 50 den zweiten Ringschenkel 54 und
den Anker abschnitt 68 einen magnetischen Kreis 112 einrichtet,
der nachstehend als zweiter magnetischer Kreis 112 bezeichnet
wird.
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Die
Schaltmuffe 22 wird über
diesen zweiten magnetischen Kreis 112 in der ausgerückten Position gehalten.
Die in der gezeigten Endstellung von dem feststehenden Teil der
Elektromagnetanordnung auf den rotierenden Teil ausgeübten Axialkräfte sind
jedoch relativ gering oder sogar Null. Es ist daher bevorzugt vorgesehen,
dass die Schaltmuffe 22 mittels der Feder 32 in
die ausgerückte
Stellung axial vorgespannt wird.
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Zum
Einrücken
der Gangstufe wird die Spule 48 nunmehr bestromt, was in 3 in
der Mitte dargestellt ist (I > 0).
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Hierbei
wird durch die Wirkung der Spule 48 ein magnetischer Fluss
erzeugt, mittels dessen ein erster magnetischer Kreis 110 eingerichtet
ist, der von dem ersten Ringschenkel 52 über den
Polkörper 66,
den axialen Luftspalt 74, den Ankerabschnitt 68 und
den Permanentmagneten 58 sowie den axialen Ringsteg 50 eingerichtet
wird.
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Der
Kreis 110 erzeugt eine erste Magnetkraft 114 in
axialer Richtung zwischen dem Polkörper 66 und dem Ankerabschnitt 68,
so dass der Ankerabschnitt 68 hierdurch axial verschoben
wird, und zwar gegen die Kraft der Feder 32. Es versteht
sich dabei, dass der Kupplungskörper 26 axial
unverschieblich ist.
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Hierbei
greift dann die Verzahnung 24 (siehe 1)
in die Verzahnung 28 des Kupplungskörpers 26 und stellt
so den Formschluss zwischen dem Losrad 14 und der Welle 12 her.
Letztlich kommt der Ankerabschnitt 68 an dem Polkörper 66 zur
Anlage, wie es in 3 rechts dargestellt ist. Die
Endstellung "Gang
eingerückt" ist erreicht.
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Der
Strom kann jetzt abgeschaltet werden (I = 0). Durch den Permanentmagneten 58 wird
dabei ein magnetischer Fluss aufrechterhalten, der den ersten magnetischen
Kreis 110 aufrechterhält.
Die Schaltmuffe 22 wird daher in der eingerückten Position
(Schließstellung)
axial gehalten, und zwar gegen die Vorspannung der Feder 32.
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Dabei
gehen die Axialkräfte
zwischen dem feststehenden und dem rotierenden System der Schaltkupplungsanordnung 10 gegen
Null. Die radialen Kräfte
dazwischen heben sich insgesamt auf, so dass der Verschleiß und die
Lagerbelastung deutlich verringert sind.
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Zum
Ausrücken
der Gangstufe ist von diesem Zustand auszugehen, der in 4 nunmehr links
dargestellt ist.
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Zum
Ausrücken
wird die Spule 48 erneut bestromt (I > 0 im mittleren Bild der 4).
Die Stromrichtung wird dabei vorzugsweise umgekehrt (d.h. genauer
I < 0). Hierdurch
verdrängt
das magnetische Feld der Spule 48 das Feld des Permanentmagneten 58 in
den zweiten magnetischen Kreis 112 (Nebenschlusskreis),
so dass die magnetische Haltekraft zwischen Polkörper 66 und Ankerabschnitt 68 verloren
geht. Nun drückt
die Feder 32 die Schaltmuffe 22 in Richtung Offenstellung. Über den
zweiten magnetischen Kreis 112 wird dabei eine unterstützende zweite
Magnetkraft 116 erzeugt. Dies wird insbesondere dadurch
erreicht, dass in der Schließstellung
ein hinterer Abschnitt des Ankerabschnittes 68 von dem zweiten
Ringschenkel 54 axial beabstandet ist. Hierdurch wird über den
zweiten magnetischen Kreis 112 zwischen dem zweiten Ringschenkel 54 und
dem Ankerabschnitt 68 eine Kraft mit einer axialen Komponente
in Richtung der zweiten Magnetkraft 116 erzeugt.
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Schließlich kommt
die Schaltmuffe 22 im ausgerückten Zustand in Anlage an
eine Schulter der Führungsmuffe 20 (vgl. 1).
Nun kann der Strom abgeschaltet werden (I = 0, rechtes Bild in 4). Die
Schaltmuffe 22 wird dann von der Feder 32 im ausgerückten Zustand
gehalten. Dies wird durch den zweiten magnetischen Kreis 112,
der von dem Permanentmagneten 58 aufrechterhalten wird,
unterstützt.
Axialkräfte
zwischen dem feststehenden und dem rotierenden System der Schaltkupplungsanordnung 10 gehen
dabei jedoch gegen Null. Dann, wenn versucht wird, die Schaltmuffe 22 in
Schließrichtung zu
bewegen, entwickelt sich jedoch wieder eine Axialkraft 116,
so dass die Schaltmuffe 22 auch mittels des zweiten magnetischen
Kreises 112 in der ausgerückten Position gehalten wird.
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Der
Permanentmagnet 58 kann aus Blockmagneten aufgebaut sein,
die an dem Träger 60 festgelegt,
beispielsweise aufgeklebt werden. Die Aufmagnetisierung in radialer
Richtung kann nach dem Klebevorgang erfolgen.