DE102009054459A1

DE102009054459A1 - Formschlüssige Schalteinrichtung, insbesondere Klauenschalteinrichtung

Info

Publication number: DE102009054459A1
Application number: DE102009054459A
Authority: DE
Inventors: Thomas Dr. Rosemeier
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2009-12-10
Filing date: 2009-12-10
Publication date: 2011-06-16
Also published as: WO2011069853A1; EP2510250B1; US9074639B2; CN102656382A; EP2510250A1; JP2013513766A; KR20120117772A; US20120234644A1

Abstract

Es wird eine formschlüssige Schalteinrichtung, insbesondere Klauenschalteinrichtung, für ein Fahrzeuggetriebe mit zumindest einem ersten Kupplungselement (1) und einem zweiten axial bewegbaren Kupplungselement (2) vorgeschlagen, wobei zum formschlüssigen Einspuren der korrespondierenden Klauen (3, 4) der beiden Kupplungselemente (1, 2) das axial bewegbare Kupplungselement (2) schaltbar ist, sobald eine vorbestimmte Differenzgeschwindigkeit zwischen den beiden Kupplungselementen (1, 2) erreicht ist, und wobei zumindest eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer beim Einspuren notwendigen Differenzposition zwischen den korrespondierenden Klauen (3, 4) der beiden Kupplungselemente (1, 2) vorgesehen ist.

Description

Die vorlegende Erfindung betrifft eine formschlüssige Schalteinrichtung, insbesondere Klauenschalteinrichtung für ein Fahrzeuggetriebe gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
Formschlüssige Schalteinrichtungen, wie zum Beispiel Klauenschalteinrichtungen oder dergleichen, sind aus der Fahrzeugtechnik bekannt. Bei den Klauenschalteinrichtungen wird beim Schalten ein Einspurvorgang zum formschlüssigen Verbinden der korrespondierenden Klauen ausgelöst. Der Einspurvorgang kann jedoch erst beginnen, wenn ein vorgegebener Differenzgeschwindigkeitsbereich erreicht ist. Es hat sich gezeigt, dass es dabei zu so genannten Zahn-auf-Zahnstellungen bei den korrespondierenden Klauen kommen kann, sodass die einzuspurenden Klauen aufeinander treffen, wodurch der Einspurvorgang unterbrochen werden muss, bis die Zahn-auf-Zahnstellung überwunden ist. Somit ist es erforderlich, dass die aufgebrachte Schaltenergie zwischengespeichert wird. Dies führt zu unnötig aufwändig gestalteten Betätigungen und zu einer nicht reproduzierbaren Dynamik bei den Schaltungen.
Der vorlegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine formschlüssige Schalteinrichtung der eingangs beschriebenen Gattung vorzuschlagen, bei der während eines Einspurvorganges eine Zahn-auf-Zahnstellung möglichst vermieden wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich insbesondere aus den Unteransprüchen und den Zeichnungen.
Demzufolge wird eine formschlüssige Schalteinrichtung, insbesondere Klauenschalteinrichtung für zum Beispiel ein Fahrzeuggetriebe mit zumindest einem ersten Kupplungselement beziehungsweise Klauenschaltelement und einem zweiten axial bewegbaren Kupplungselement vorgeschlagen, wobei zum formschlüssigen Einspuren der Klauen das axial bewegbare Kupplungselement beziehungsweise die Schaltmuffe schaltbar ist, wenn die Differenzgeschwindigkeit zwischen den beiden Kupplungselementen einen vorbestimmten Wert erreicht hat, wobei zumindest eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer beim Einspuren notwendigen Differenzposition zwischen den korrespondierenden Klauen der beiden Kupplungselemente zum Vermeiden einer Zahn-auf-Zahnstellung bei den Klauen vorgesehen ist. Auf diese Weise wird eine positions- und geschwindigkeitsgeführte Klauenschalteinrichtung realisiert.
Es ist auch möglich, dass andere formschlüssige Schalteinrichtungen mit der Erfassungseinrichtung versehen werden. Beispielsweise können anstelle der Klauen auch konstruktiv auf andere Weise gestaltete formschlüssige Verbindungen zum Einsatz kommen.
In vorteilhafter Weise wird bei der vorgeschlagenen Klauenschalteinrichtung eine unerwünschte Zahn-auf-Zahnstellung dadurch vermieden, dass das Ausführen des Einspurvorganges in Abhängigkeit der Differenzposition zwischen den korrespondierenden Klauen und in Abhängigkeit der Differenzgeschwindigkeit durchgeführt wird. Dies bedeutet, dass mit dem Einspurvorgang nur begonnen wird, wenn die Differenzposition, also keine Zahn-auf-Zahnstellung, bei den Klauen vorliegt und wenn die erforderliche Differenzgeschwindigkeit zwischen den beiden Kupplungselementen anliegt.
Gemäß einer ersten Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass als Erfassungseinrichtung zumindest ein Hall-Sensor oder dergleichen vorgesehen ist, wobei der Wechselstromanteil der ausgegebenen Signale des Sensors als Maß für eine Überdeckung der Klauen ist. Dies bedeutet, dass bei kleiner werdendem Wechselstromanteil auch die Überdeckung geringer wird, so dass dann die korrespondierenden Klauen gegeneinander verschoben sind. In diesem Zustand kann der Einspurvorgang problemlos durchgeführt werden. Vorzugsweise kann ein entsprechend breit ausgeführter Hall-Sensor verwendet werden, der die Klauen beider Kupplungselemente erfasst. Es ist auch möglich, dass den Klauen jedes Kupplungselementes ein separater Hall-Sensor zugeordnet ist.
Es ist auch denkbar, dass als Erfassungseinrichtung ein optischer Sensor oder dergleichen mit einer Lichtquelle zum Erfassen von Differenzpositionen zwischen den Klauen vorgesehen ist. Beispielsweise kann die Lichtquelle derart angeordnet sein, dass ein zumindest abschnittsweise in Einspurrichtung verlaufender Lichtstrahl im Bereich der Klauen ausgegeben wird, wobei die vorderen Klauen bezogen auf die Lichtstrahlrichtung zum Beispiel lichtabsorbierend und die hinteren Klauen reflektierend ausgebildet sind. Wenn zum Beispiel die Breite des ausgegebenen Lichtstrahles der Breite einer Klaue zuzüglich der Breite einer Lücke zwischen zwei benachbarten Klauen entspricht, kann anhand des reflektierten Lichtstrahles durch den Sensor erkannt werden, wann die korrespondierenden Klauen gegeneinander verschoben sind, um den Einspurvorgang auslösen zu können. Dazu wird zum Beispiel der reflektierte Lichtstrahl durch den optischen Sensor aufsummiert. Beispielsweise kann der Verlauf des Lichtstrahles durch mindest einen Spiegel oder dergleichen beliebig variiert werden.
Möglicherweise kann die Erfassung der Positionen der korrespondierenden Klauen nicht an den Klauen selbst, sondern an entsprechenden Ersatzkörpern durchgeführt werden, deren Drehzahl mit denen der Klauen gekoppelt ist. Bei einer Mehrdeutigkeit der Ergebnisse der Positionen, können zum Beispiel noch Drehzahlsignale einer der beteiligten Wellen der Kupplungselemente zur eindeutigen Positionsbestimmung verwendet werden.
Unabhängig davon, ob ein Hall-Sensor oder ein optischer Sensor als Erfassungseinrichtung verwendet wird, kann die Differenzgeschwindigkeit anhand der erfassten Relativpositionen der Klauen abgeleitet werden. Damit ist es mit der Erfassungseinrichtung möglich, sowohl die Differenzposition als auch die Differenzgeschwindigkeit zu ermitteln, so dass diese zu einem geeigneten Zeitpunkt dann die Betätigung zum Beispiel elektromagnetisch oder dergleichen auslösen kann, so dass die Klauen mit der richtigen Differenzgeschwindigkeit und der richtigen Relativposition beim Einspuren aufeinander treffen. Weiterhin kann auch die genaue axiale Position des axial bewegbaren Kupplungselements beziehungsweise der Schaltmuffe nach der Auslösung des Einspurvorganges erfasst und Abweichungen vom Sollwertverlauf korrigiert werden. Dies entweder durch die Betätigung selber, zum Beispiel bei elektromotorischer Betätigung mit einer Lage- beziehungsweise Geschwindigkeitsregelung oder auch alternativ durch eine regelbare Bremse oder einen Elektromotor an einer der beteiligten Wellen der Kupplungselemente.
Im Rahmen einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass durch eine entsprechende geometrische Gestaltung zumindest der Klauenkontaktgeometrien das Einspurverhalten weiter verbessert wird. Vorzugsweise kann die Klauensgeometrie dabei zum Beispiel derart abgerundet sein, dass die Form etwa die ballistische Bahn bei einem gelungenen Einspurenvorgang widerspiegelt. Dadurch treten nur geringe Stöße bei einer eventuellen Abweichung von der optimalen Einspurbahn auf.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Klauenschalteinrichtung mit Hall-Sensoren als Erfassungseinrichtung;
2 eine schematische Draufsicht auf eine alternativ ausgestaltete Klauenschalteinrichtung gemäß 1;
3 eine schematische Ansicht der erfindungsgemäßen Klauenschalteinrichtung mit einem optischen Sensor als Erfassungseinrichtung;
4 eine weitere schematische Ansicht der erfindungsgemäßen Klauenschalteinrichtung gemäß 3; und
5 eine schematische Ansicht einer veränderten Klauengeometrie bei einer Klauenschalteinrichtung.
In den Figuren sind verschiedene Ausführungsvarianten einer erfindungsgemäßen Klauenschalteinrichtung beispielhaft angedeutet. Die Klauenschalteinrichtung für ein Fahrzeuggetriebe umfasst ein erstes drehbares Klauenschaltelement beziehungsweise Kupplungselement 1 und ein zweites drehbares und axial bewegbares Klauenschaltelement beziehungsweise Kupplungselement 2, die jeweils über den Umfang verteilt mehrere Klauen 3, 4 oder dergleichen zum formschlüssigen Einspuren aufweisen. Die Kupplungselemente 1, 2 sind üblicherweise jeweils einer Welle zugeordnet, wobei im geschalteten Zustand die jeweiligen, nicht weiter dargestellten Wellen über die Kupplungselemente 1, 2 miteinander in Verbindung gebracht werden.
Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass zumindest eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer beim Einspuren notwendigen Differenzposition zwischen den korrespondierenden Klauen 3, 4 der beiden Kupplungselemente 1, 2 vorgesehen ist, um eine Zahn-auf-Zahnstellung auszuschließen. Auf diese Weise wird der Einspurvorgang bei korrekter Differenzposition und bei korrekter Differenzgeschwindigkeit zwischen den beiden Kupplungselementen 1, 2 ausgelöst.
In 1 sind als Erfassungseinrichtung zwei Hall-Sensoren 5, 6 vorgesehen, wobei jeder Hall-Sensor 5, 6 den Klauen 3, 4 eines der beiden Kupplungselemente 1, 2 zugeordnet ist. Die Signale der Hall-Sensoren werden in einer den beiden Sensoren 5, 6 zugeordneten Auswerteeinheit 7 aufsummiert, wobei der jeweilige Wechselstromanteil der Signale ein Maß für die Überdeckung der korrespondierenden Klauen 3, 4 ist. Dies bedeutet, je kleiner der Wechselstromanteil ist, desto mehr sind die korrespondierenden Klauen 3, 4 gegeneinander verschoben. Die Differenzgeschwindigkeit zwischen den Kupplungselementen 1, 2 kann aus der Relativpositionen bestimmt werden, wobei die Drehbewegung der Kupplungselemente mittels Pfeilen in 1 angedeutet ist.
Gemäß 2 ist eine alternative Ausführung dargestellt, bei der im Unterschied zur vorgeschriebenen Ausführung ein gemeinsamer Hall-Sensor 8 vorgesehen ist, der gleichzeitig den Klauen 3, 4 beider Kupplungselemente 1, 2 zugeordnet ist.
In den 3 und 4 ist eine weitere mögliche Ausführungsvariante der Erfindung gezeigt, bei der als Erfassungseinrichtung ein optischer Sensor 9 mit einer Lichtquelle 10 verwendet wird. Die Lichtquelle 10 ist derart angeordnet, dass ein zumindest abschnittsweise in Einspurrichtung verlaufender Lichtstrahl 11 im Bereich der Klauen 3, 4 ausgegeben wird, wobei die vorderen Klauen 4 der Schaltmuffe beziehungsweise des zweiten Kupplungselements 2 lichtabsorbierend beziehungsweise matt und die hinteren Klauen 3 des ersten Kupplungselements 1 reflektierend ausgebildet sind. Vorzugsweise ist ein möglicher Hintergrund 12 ebenfalls lichtabsorbierend ausgebildet. Wenn die Breite des Lichtstrahles 11 in etwa der Breite einer Klaue 3, 4 zuzüglich der Breite einer Lücke entspricht, kann der optische Sensor 9 anhand des aufsummierten, reflektierten Lichtstrahles 11 erkennen, wann eine Differenzposition zwischen den Klauen 3, 4 der beiden Kupplungselemente 1, 2 vorliegt. Der Verlauf des Lichtstahles 11 wird durch einen Spiegel 13 entsprechend verändert. Die Differenzgeschwindigkeit zwischen den Kupplungselementen 1, 2 kann aus der Relativposition abgeleitet werden.
5 zeigt eine geometrische Gestaltung der Klauen-Kontaktgeometrie, um das Einspurverhalten zu verbessern. Dazu sind zumindest die Kontaktflächen der Klauen 3, 4 entsprechend abgerundet, so dass die Klauengeometrie etwa die ballistische Bahn der Relativbewegung des zweiten Kupplungselements 2 bzw. der Schaltmuffe bei einem gelungenen Einspuren widerspiegelt, wobei die Relativbewegung des zweiten axial bewegbaren Kupplungselementes 2 während des Einspurvorganges mit einem Pfeil in 5 angedeutet ist. Durch die gewählte Klauengeometrie treten nur geringe oder keine Stöße bei einer Abweichung von der Sollbahn beim Einspuren an den Kupplungselementen 1, 2 auf.
Bezugszeichenliste

1: erstes Kupplungselement
2: zweites Kupplungselement
3: Klauen des ersten Kupplungselementes
4: Klauen des zweiten Kupplungselementes
5: Hall-Sensor
6: Hall-Sensor
7: Auswerteeinheit
8: Hall-Sensor
9: optischer Sensor
10: Lichtquelle
11: Lichtstrahl
12: Hintergrund
13: Spiegel

Claims

Formschlüssige Schafteinrichtung, insbesondere Klauenschalteinrichtung, für ein Fahrzeuggetriebe mit zumindest einem ersten drehbaren Kupplungselement (1) und einem zweiten drehbaren und axial bewegbaren Kupplungselement (2), wobei zum formschlüssigen Einspuren der korrespondierenden Klauen (3, 4) der beiden Kupplungselemente (1, 2) das axial bewegbare Kupplungselement (2) schaltbar ist, sobald eine vorbestimmte Differenzgeschwindigkeit zwischen den beiden Kupplungselementen (1, 2) erreicht ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer beim Einspuren notwendigen Differenzposition zwischen den korrespondierenden Klauen (3, 4) der beiden Kupplungselemente (1, 2) vorgesehen ist.
Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Erfassungseinrichtung zumindest ein Hall-Sensor (5, 6, 8) vorgesehen ist, wobei der Wechselstromanteil der ausgegebenen Signale als Maß für eine Überdeckung der Klauen (3, 4) dient.
Schalteinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Erfassungseinrichtung ein optischer Sensor (9) mit einer Lichtquelle (10) vorgesehen ist.
Schalteinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (10) derart angeordnet ist, dass ein zumindest abschnittsweise in Einspurrichtung verlaufender Lichtstrahl (11) im Bereich der Klauen (3, 4) ausgebbar ist, wobei die vorderen Klauen (4) des zweiten Kupplungselements (2) lichtabsorbierend und die hinteren Klauen (3) des ersten Kupplungselements (1) reflektierend ausgebildet sind.
Schalteinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des ausgegebenen Lichtstrahles (11) der Breite einer Klaue (3, 4) zuzüglich der Breite einer Lücke zwischen zwei benachbarten Klauen (3, 4) eines Kupplungselements (1, 2) entspricht.
Schalteinrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der reflektierte Lichtstrahl (11) durch den optischen Sensor (9) aufsummierbar ist.
Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Verlauf des Lichtstrahles (11) über zumindest einen Spiegel (13) veränderbar ist.
Schalteinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Erfassungseinrichtung die Differenzgeschwindigkeit aus den erfassten Relativpositionen der Klauen (3, 4) ermittelbar ist.
Schalteinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest teilweise die korrespondierenden Kontaktflächen der Klauen (3, 4) derart abgerundet sind, dass die abgerundete Form dem Verlauf der Relativbewegung des zweiten Kupplungselements (2) während des Einspurens nachgebildet ist.