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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum synchronisierten Schalten einer Kupplung, insbesondere einer Zahnkupplung eines Fahrzeuges.
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Heutige Fahrzeuge mit manuellem Schaltgetriebe verwenden zur Umschaltung zwischen zwei Verzahnungsstufen ein doppelt wirkendes Schaltelement mit Reibsynchronisierung. Der Schaltvorgang kann entweder über die Schaltkraft des Fahrers oder über einen hydraulischen Aktuator (z. B. bei Doppelkupplungsgetrieben) ausgeführt werden. Diese Reibsynchronisierungen gleichen unter der Abgabe von Wärmeenergie die Drehzahlen zweier Wellen einander an. Dieses Funktionsprinzip hat sich aufgrund des einfachen mechanischen Aufbaus durchgesetzt und ist sehr weit verbreitet.
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Im Zuge der Festlegung von Emissionsgrenzen für Pkws auf aktuell 120 g Co2/km, ab 2012 werden die Fahrzeughersteller noch weiter zur Effizienzsteigerung ihrer Fahrzeuge gezwungen. In diesem Prozess werden alle technischen Eigenschaften und Funktionsabläufe im Fahrzeug detailliert analysiert und auf mögliche Wirkungsgradoptimierungen überprüft. Dabei werden auch bis dahin anerkannte und bewährte technische Lösungen in Frage gestellt und der Einsatz von Alternativen erwogen. Weiterhin gewinnen zum Verbrennungsmotor als Hauptenergiewandler zunehmend auch der Antriebsstrang, die Nebenaggregate und Hilfsenergiewandler in diesem Optimierungsprozess an Bedeutung. Für ein halb- oder vollautomatisches Fahrzeuggetriebe ist beispielsweise die notwendige Hydraulik für einen Großteil der getriebeinternen Verluste verantwortlich. Aufgrund dessen werden aktuell sowohl technische als auch betriebsstrategisch sehr hohe Aufwände betrieben, um das Downsizing der Getriebehydraulik weiter voranzutreiben.
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Einen sehr großen Einfluss auf die entstehenden Hydraulikverluste in einem Doppelkupplungs- oder Automatikgetriebe haben die hydraulisch betätigten Schalteinrichtungen, welche über die reibsynchronisierten Schaltelemente einen Gangwechsel ermöglichen oder, wie bei Automatikgetrieben Brems- und Kupplungslamellen von internen Schaltelementen, kraftschlüssig verbinden. Da sich während eines Fahrzyklusses der Betriebszustand der Hydraulik dynamisch verändert, muss für schnelle Schaltungen hydraulische Energie in einem Druckspeicher zentral vorgehalten werden. Hingegen ist es aus Sicht der Energieeffizienz sinnvoll, dass die Hydraulikpumpe immer dann abgeschaltet werden kann, wenn gerade keine Energie zum Schalten benötigt wird.
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Durch die zunehmende Elektrifizierung des Antriebsstranges und der Nebenaggregate erscheint es auch für die Getriebeaktuatorik zielführend, wenn eine elektrische Ansteuerung der mechanischen Schaltelemente erfolgen kann. Als Alternative zur Hydraulik bestehen die Vorteile der Elektroenergie einerseits aus der dezentralen und flexiblen Erzeugung dieser durch die ohnehin im Fahrzeug vorhandenen Generatoren. Zudem ist der Wirkungsgrad bei der Erzeugung dieser Energieform deutlich höher als bei der mechanisch-hydraulischen Wandlung (ca. 30 bis 50%). Wesentlich für die Fahrzeughersteller ist zudem eine signifikante Masseverringerung und der Gewinn von wertvollem Getriebebauraum, da die Komponenten für den Betrieb einer Hochdruckhydraulik mit den entsprechenden Ventilen, Druckspeichern, Filtern und Kanälen bei einer elektrischen Ansteuerung nicht benötigt werden. Neben den erheblichen Vorteilen auf Seiten der Energieerzeugung existiert allerdings bei elektrischer Energie der Nachteil, dass aktorseitig im Vergleich zur Hydraulik ein wesentlich größerer technischer Aufwand notwendig ist, um die Wandlung in mechanische Arbeit zu vollziehen. Da in Fahrzeuggetrieben besonders der Bauraum für Schaltelemente und deren periphere Komponenten begrenzt ist und bei heutigen Mehrganggetrieben mit sechs bis acht Vorwärtsgängen eine Vielzahl an Schaltelementen vorliegt, weist dieses Energiekonzept bei ganzheitlicher Betrachtung eine geringere Leistungsdichte auf. Damit steht bei vergleichbaren Bauraumbedingungen eine geringere Schaltleistung zur Verfügung. Aufgrund dessen bestehen derzeit auf Seiten der Automobilindustrie Anstrengungen, Reibsynchronisierungen teilweise oder ganz zu ersetzen. Durch im Serienbetrieb teilweise unkontrollierbares Verschleißverhalten und der thermischen Belastungen sind Reibsynchronisierungen auch im Bereich der Großserienfertigung relativ schwierig beherrschbar. Auch mit Blick auf zukünftige Entwicklungen ist der Einsatz von Reibsynchronisierungen besonders bei Getrieben für Elektrofahrzeuge als problematisch einzustufen. Elektrofahrzeuggetriebe haben wegen des weiten Drehzahlspektrums des Elektromotors große Gangspreizungen. Zudem müssen durch den permanent angebundenen Rotor an den Getrieberadsatz sehr große Massenträgheiten überwunden werden, um eine Synchronisierung zwischen zwei Gängen zu realisieren. Beide Randbedingungen sind mit einer Reibsynchronisierung weder thermisch noch kinetisch in vergleichbaren Anforderungen an Schaltzeit, Bauraum und Komfort zu bewältigen.
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Aus der Druckschrift
DE 42 24 271 A1 ist eine Synchronisiereinrichtung für Stufengetriebe von Kraftfahrzeugen, mit einem lose auf einer Getriebewelle gelagerten Schaltrad, mit einem drehstarr mit dem Schaltrad verbundenen Kupplungskörper, der eine Außenverzahnung sowie eine zur Getriebewelle koaxiale, erste Konusfläche aufweist, mit einer Schaltmuffe bekannt, die drehstarr, aber axial verschiebbar auf der Getriebewelle angeordnet ist und eine zur Außenverzahnung des Kupplungskörpers komplementäre Innenverzahnung, sowie eine erste Sperrverzahnung aufweist, mit einem Synchronisierring, der eine zur ersten Konusfläche komplementäre zweite Konusfläche sowie eine zur ersten Sperrverzahnung der Schaltmuffe komplementäre zweite Sperrverzahnung aufweist. Der Synchronisierring ist relativ zur Schaltmuffe zwischen Endlagen begrenzt drehbar und die Sperrverzahnungen verhindern mit aneinanderliegenden Sperrflächen in den Endlagen ein in Eingriffkommen der Außenverzahnung des Kupplungskörpers mit der Innenverzahnung der Schaltmuffe und lassen erst bei Erreichen der Synchrondrehzahl eine reibschlüssige Verbindung zwischen Synchronisierring und Kupplungskörper unter Verdrehen des Synchronisierringes relativ zur Schaltmuffe zu. Weiterhin sind Mittel vorgesehen, die eine relative Verdrehung von Kupplungskörper und Schaltmuffe behindern, wenn bei Synchrondrehzahl und außer Eingriff befindlichen Sperrflächen die reibschlüssige Verbindung durch Einleiten eines Momentes auf den Kupplungskörper gelöst wird, wobei die Mittel als Klauenansätze an den Spitzen von Zähnen der Außenverzahnung des Kupplungskörpers sowie von Zähnen der Innenverzahnung der Schaltmuffe ausgebildet sind. Diese Synchronisierung stellt somit eine Reibsynchronisierung mit den bereits vorgenannt beschriebenen Nachteilen dar.
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Eine Kupplung mit zwei Druckplatten und einem Anschlag ist aus der Druckschrift
DE 37 27 510 A1 bekannt. Die Druckplatten weisen ineinander greifbare Verzahnungen auf und sind zueinander tangential beweglich. Der Anschlag ist mit einer der Druckplatten verbunden und an der anderen Druckplatte zur Anlage bringbar, um die Relativbewegung zwischen beiden Druckplatten nach einem vorbestimmten Weg zu beenden. Dabei ist der Anschlag in Abhängigkeit von ausgewählten Parametern mittels eines steuerbaren Magneten in eine Stellung bringbar, in der er wirkungslos ist. Das eigentliche Ineinandergreifen der Verzahnung erfolgt reibschlüssig.
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Der Nachteil der beiden vorgenannten Einrichtungen besteht darin, dass reibungsbedingt ein relativ hoher Verschleiß und ein hoher Geräuschpegel zu verzeichnen sind. Ungünstig ist auch die relativ geringe Schaltfrequenz.
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Ein Verteilergetriebe mit zwei Gängen (Hoch-Niedrig), zum Vorsehen von synchronisierten Schaltvorgängen zwischen einem niedrigen Gang und einem hohen Gang in einem digital gesteuerten Verteilergetriebe mit zwei Gängen ist aus
DE 602 12 255 T2 bekannt. Dazu ist eine Steuer- bzw. Regeleinheit vorgesehen, die die Geschwindigkeit der Betätigungseinheit berechnet, wenn diese die Kupplung in eine neutrale Position bewegt, des weiteren die zusätzliche Zeit, bis die Kupplung einen vorgegebenen Synchronisationspunkt unter Nutzung der Geschwindigkeit der Betätigungseinheit erreicht, sowie die verbleibende rotatorische Distanz, über die sich die Betätigungseinheit bewegen muss, damit die Kupplung den vorgegebenen neutralen Synchronisationspunkt erreicht, ermittelt, und ferner so betätigbar ist, dass sie die Betätigungseinheit über nicht mehr als eine vorgegebene Zeit stoppt, wenn die Kupplung den neutralen Synchronisationspunkt erreicht hat, und des weiteren die Drehzahlen der Eingangs- und Ausgangswelle abtastet und vergleicht sowie der Betätigungseinheit signalisiert, den Schaltvorgang von niedrig auf hoch zu vervollständigen, indem die Kupplung bewegt wird, um für eine direkte Drehmomentübertragung zwischen der Eingangs- und Ausgangswelle zu sorgen, wenn der Unterschied der Drehzahlen der Eingangs- und Ausgangswelle geringer ist als ein vorgegebener Wert; und eine Schnittstelle für digitale Daten, die das Steuerbereichsnetzwerk aufweist, um die Übertragung von digitalen Daten zwischen der Steuer- bzw. Regeleinheit und anderen Fahrzeugsystemen zu ermöglichen.
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Es werden somit zur Synchronisierung nur Geschwindigkeiten erfasst und es ist keine direkte Erfassung der Position Zahn/Lücke z. B. einer Klauenkupplung oder einer anderen Zahnkupplung möglich.
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Aus der Druckschrift
DE 34 46 430 A1 ist eine Einrichtung zum synchronisierten Schalten einer Kupplung bekannt, bei welcher jeweils mindestens ein erstes Schaltelement mit mindestens einer Antriebswelle und mindestens ein zweites Schaltelement mit mindestens einer Abtriebswelle gekoppelt ist, wobei ein oder mehrere Zähne des ersten Schaltelementes in eine oder mehrere Lücken zwischen den Zähnen des zweiten Schaltelementes eingreifbar sind. Dazu sind einem die Zahnstellungen abtastende und an einen die Stellung ”Zahn-auf-Lücke” von Kupplungsverzahnung und Gegenverzahnung in Abhängigkeit eines vorprogrammierten Drehzahlbereichs der Antriebswelle und der Abtriebswelle mindestens beim Anlauf ermittelnden Mikroprozessor weiterleitende Sensoren wenigstens mittelbar zugeordnet sind, wobei die Schalteinheit nach Ermittlung der Stellung ”Zahn-auf-Lücke” durch den Mikroprozessor im Einrastsinn aktivierbar ist. Der Grundgedanke dieser Lösung besteht darin, auf elektronischem Wege exakt die Stellungen des Losrads und der Schaltmuffe zu ermitteln, in denen die Zähne der Gegenverzahnung vor den Lücken der Kupplungsverzahnung und die Zähne der Kupplungsverzahnung vor den Zahnlücken der Gegenverzahnung stehen, so das ein einmaliger problemloser Schaltvorgang möglich wird. Die Sensoren ertasten dazu direkt oder indirekt die Zahnstellungen der Schaltmuffe und der Kupplungsverzahnung und geben diese in Form von Impulsen an einen Mikroprozessor weiter. Der Mikroprozessor beeinflusst dann die Schalteinheit dahingehend, die Schaltmuffe im Einrastsinn zu verlagern. Der Schaltvorgang soll jedoch, nur innerhalb eines Drehzahlbereichs erfolgen, der über den Mikroprozessor eingestellt wird. Außerdem kann in dem Mikroprozessor die mechanische Trägheit der Schalteinheit und/oder der Schaltmuffe berücksichtigt werden. Stellt de Mikroprozessor dabei fest, daß eine Stellung ”Zahn-auf-Lücke” erreicht ist, so wartet er noch einmal ab, bis die nächste Übereinstimmung vorliegt und aktiviert dann unter Berücksichtigung der Schaltträgheit der Schalteinheit sowie der Beschleunigung die Schalteinheit, welche dann exakt zum richtigen Zeitpunkt die Gegenverzahnungen an der Schaltmuffe mit den Kupplungsverzahnungen an den Losrädern in Übereinstimmung bringt. Durch das „Abwarten” ergibt sich dabei eine unerwünschte Zeitverzögerung.
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Es wird in dieser Druckschrift nicht offenbart, auf welche konkrete Weise die Stellungen des Losrads und der Schaltmuffe ermittelt werden, in denen die Zähne der Gegenverzahnung exakt vor den Lücken der Kupplungsverzahnung und die Zähne der Kupplungsverzahnung exakt vor den Zahnlücken der Gegenverzahnung stehen. Es wird lediglich beschrieben, dass dies mittels eines Sensors erfolgt. Dies impliziert, dass durch den Sensor jeweils die Absolutposition erfasst wird.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung zum synchronisierten Schalten einer Kupplung, insbesondere einer Zahnkupplung eines Fahrzeuges zu entwickeln, welche sehr kurze Schaltzeiten realisiert und dabei die Reibung verringert und geräuscharm arbeitet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des ersten Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Einrichtung zum synchronisierten Schalten einer Kupplung, insbesondere einer Zahnkupplung (z. B. Klauenkupplung) eines Fahrzeuges weist mindestens ein erstes Schaltelement (erstes Schaltufer) mit ersten Zähnen und dazwischen ausgebildeten Lücken, das mit mindestens einer Antriebswelle und mindestens ein zweites Schaltelement (zweites Schaltufer) mit zweiten Zähnen und dazwischen ausgebildeten Lücken, das mit mindestens einer Abtriebswelle gekoppelt ist, auf, wobei ein oder mehrere Zähne des ersten Schaltelementes in eine oder mehrere Lücken des zweiten Schaltelementes eingreifbar sind und erfindungsgemäß
- – die Einrichtung erste Mittel zur Bestimmung des Verdrehwinkels zwischen dem ersten Schaltelement und dem zweiten Schaltelement und/oder Antriebswelle und Abtriebswelle aufweist und/oder
- – die Einrichtung zweite Mittel zur Bestimmung der Drehzahl mindestens einer Antriebs- und/oder mindestens einer Abtriebswelle aufweist und
- – die Einrichtung eine mit der Kupplung in Wirkverbindung stehende und mit dem Sensor mittel- oder unmittelbar verbundene Aktuatorik aufweist, welche das formschlüssige (im Wesentlichen reibungsarme oder reibungsfreie) Einspuren der Zähne des ersten Schaltelementes in die Lücken des zweiten Schaltelementes in Abhängigkeit von dem ermittelten Verdrehwinkel und/oder der ermittelten Drehzahl realisiert.
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Weiterhin weist die Einrichtung erste Mittel zur Erfassung des relativen oder absoluten Verdrehwinkels in Form eines integrierten ersten Sensors oder in Form einer externen Einrichtung auf.
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Die zweiten Mittel zur Erfassung der Relativ- oder Absolutdrehzahl sind bevorzugt in Form eines zweiten Sensors oder in Form einer externen Einrichtung ausgebildet.
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Der erste Sensor zur Erfassung des Verdrehwinkels und/oder der zweite Sensor zur Erfassung der Drehzahl können dabei auf einem optischen, kapazitiven oder induktiven Wirkprinzip beruhen.
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Es ist auch möglich, mindestens eine Antriebswelle oder Abtriebswelle drehfest anzuordnen und beispielsweise als ein Gehäuse vorzusehen.
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Die Aktuatorik zum Auslösen der schaltbaren Kupplung ist beispielsweise elektromagnetisch, elektromotorisch, hydraulisch, pneumatisch, mittelbar oder unmittelbar betätigbar.
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Bevorzugt wird eine elektromotorisch betätigbare Aktuatorik vorgesehen, die einen Elektromagneten aufweist, der den Schaltvorgang in Abhängigkeit von dem Verdrehwinkel und/oder von der Drehzahl auslöst, derart, dass das formschlüssige Einspuren der Zähne des ersten Schaltelementes in die Lücken des zweiten Schaltelementes erfolgt.
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Mit einer Auswerteschaltung, welcher als Eingangssignal der erfasste Drehwinkel (relativ oder absolut) und/oder die erfasste Drehzahl (relativ oder absolut) zugeführt wird/werden, wird bei einer vorgegebenen Differenzdrehzahl ein Ausgangssignal an die Aktuatorik zum Auslösen des Schaltvorgangs ausgegeben, wobei die Aktuatorik den Schaltvorgang insbesondere erst nach einer Drehzahlsynchronisierung auslöst.
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Es ist möglich, dass die Aktuatorik den Schaltvorgang in Anhängigkeit von einem Drehwinkelversatz und/oder der Drehzahldifferenz bereits auslöst, wenn sich die Zähne des ersten und des zweiten Schaltelementes noch überlappen.
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Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird erstmals bei einer Zahnkupplung das formschlüssige Einspuren der Zähne möglich. Insbesondere durch die Verwendung einer elektromagnetisch betätigbaren Schaltung können sehr kurze Schaltzeiten um die 50 ms realisiert und damit die herkömmlichen Schaltzeiten halbiert werden. Die Verwendung einer Schaltung mit einem elektromotorisch betätigbaren Aktor ist wiederum nur möglich, da erfindungsgemäß das Einspuren erstmalig formschlüssig und daher im Wesentlichen reibungsarm bzw. reibungsfrei erfolgt und sich daher die erforderlichen Kräfte erheblich reduzieren.
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Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Einrichtung liegen in der Reduzierung des Verschleißes und des Geräuschpegels aufgrund der drastischen Verringerung der Reibung beim Schaltvorgang.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine Prinzipdarstellung einer Schaltverzahnung in Form einer Zahnkupplung,
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2 das Messprinzip zur Erfassung der Drehzahl bzw. Differenzdrehzahl,
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3 die Prinzipdarstellung eines Sensors zur Erfassung der Drehzahl,
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4 eine Stellung der Schaltverzahnung, bei welcher der Sensor das Schalten blockiert,
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5 das Erkennen einer Schaltmöglichkeit durch den Sensor,
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6 das Auslösen des Schaltvorganges,
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7 die aufeinander zugerichtete Bewegung der Schaltverzahnung,
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8 den Beginn des Ineinandergreifens der Schaltverzahnung,
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9 die eingespurte Schaltverzahnung,
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10 eine Prinzipdarstellung des Zusammenwirkens von Sensor, Auswerteelektronik, Aktuator und Schaltverzahnung.
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In 1 ist eine Prinzipdarstellung einer Schaltverzahnung in Form einer nicht im Eingriff stehenden Zahnkupplung 1 (z. B. Klauenkupplung) dargestellt. Dabei weist die Zahnkupplung 1 ein erstes Schaltelement 2 mit ersten Zähnen 2.1 und zwischen den Zähnen ausgebildeter erster Zahnlücke 2.2 auf und ist bevorzugt mit dem Antrieb (An) gekoppelt. Ein dazu korrespondierendes zweites Schaltelement 3 weist zweite Zähne 3.1 mit dazwischen liegenden Zahnlücken 3.2 auf und ist mit dem Abtrieb (Ab) gekoppelt. Das Messprinzip zur Erfassung der Drehzahl bzw. Differenzdrehzahl zeigt 2. Dazu werden mit den hier nicht dargestellten Schaltelementen zwei Sensorscheiben 4, 5 verbunden, welche umfangsseitig mit Durchbrüchen 6 in Form von beispielsweise Messschlitzen versehen. Die zwei Sensorscheiben 4, 5 sind beiderseits fest jeweils mit dem An- und Abtrieb des Schaltelementes 2, 3 verbunden, wobei für Abstimmungszwecke die beiden Sensorscheiben 4, 5 um kleine Winkel verdrehbar eingestellt werden können. Den Sensorscheiben 4, 5 sind ein Sender 7 und ein Empfänger 8 eines optischen Sensors S, bevorzugt eines Infrarotsensors zugeordnet. 3 zeigt die Prinzipdarstellung eines Sensors S zur Erfassung der Drehzahl bzw. der Differenzdrehzahl zwischen erstem Schaltelement 2 und zweitem Schaltelement 3. Das Funktionsprinzip beruht auf der Grundlage dessen, dass die Infrarotwelle, welche permanent vom Sender 7 emittiert wird, immer nur dann von dem optischen Empfänger 8 registriert werden kann, wenn sich beide Messschlitze (Durchbrüche 6) deckungsgleich überschneiden. Zu diesem Zeitpunkt stehen die Zähne 2.1, 3.1 vom ersten und zweiten Schaltelement 2, 3 immer den entsprechenden Lücken 2.2, 3.2 der jeweils anderen Schaltverzahnung exakt gegenüber. Nun wird ein möglicher Schaltvorgang elektronisch registriert. Aufgrund der Laufzeit der Signale und der Trägheit des den Schaltvorgang auslösenden Aktuators treten bestimmte Verzögerungen auf, welche durch eine Verstellung beider Sensorscheiben 4, 5 relativ zu den Schaltverzahnungen kompensiert werden können. Durch diese relative Verstellung der Sensorscheiben 4, 5 kann bei einer konstanten Drehzahldifferenz zwischen den Schaltelementen 2, 3 (Schaltufern), welche beim aktiven Ansynchronisieren eingestellt wird, die Verzögerungen der Aktorik, welche den Schaltvorgang auslöst und die mechanische Trägheit gezielt ausgeglichen werden, so dass ein kontrolliertes Einspuren der Verzahnungen der Schaltelemente 2, 3 gesteuert werden kann.
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In den 4 bis 9 sind einige Varianten der Positionierung des ersten Schaltelementes 2 und des zweiten Schaltelementes 3 einer Schaltverzahnung und daneben der angedeutete Sensor S zur Verdeutlichung dargestellt. Dabei zeigt 4 eine Stellung der Schaltverzahnung, bei welcher der Sensor S das Schalten blockiert, da die Zähne 2.1, 3.1 beim Einspuren nicht reibungsfrei in die entsprechenden Zahnlücken 2.2, 3.2 eingreifen. Bei dem Sensor S fallen daher die Durchbrüche 6 der Sensorscheiben 4, 5 nicht übereinander.
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5 zeigt das Erkennen einer Schaltmöglichkeit durch den Sensor S, da die Durchbrüche 6 der Sensorscheiben fluchten und 6 das Auslösen des Schaltvorganges durch den hier nicht dargestellten Aktor.
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Die aufeinander zugerichtete Bewegung der Schaltverzahnung wird in 7 gezeigt und in 8 ist der Beginn des Ineinandergreifens der Schaltverzahnung dargestellt. Es ist daraus ersichtlich, dass die Zähne 2.1, 3.2 der ersten und zweiten Schaltelemente 2, 3 reibungsfrei in die korrespondierenden Lücken 2.2, 3.2 eingreifen. Die nun eingespurte Zahnkupplung 1 ist in 9 dargestellt.
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Durch die Verwendung eines optischen Sensors in Verbindung mit den Durchbrüche 6 aufweisenden Sensorscheiben 4, 5 kann in Verbindung mit einer entsprechenden Auswerteschaltung und der entsprechenden Aktuatorik ein kontrolliertes reibungsfreies Annähern bzw. reibungsfreies Einspuren der Kopplung gewährleistet werden.
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Eine Prinzipdarstellung des Zusammenwirkens von Zahnkupplung 1 Sensor A, Auswerteelektronik 9 und Aktuatorik 10 wird in 10 gezeigt.
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Die Einrichtung insbesondere elektromotorisch betätigbarer Aktuatorik weist einen nicht dargestellten Elektromagneten auf, der den Schaltvorgang in Abhängigkeit von dem Verdrehwinkel und/oder von der Drehzahl auslöst, derart, dass das formschlüssige Einspuren der Zähne 2.1 des ersten Schaltelementes 2 in die Lücken 3.2 des zweiten Schaltelementes 3 erfolgt. Der Auswerteelektronik 9 werden als Eingangssignal der erfasste Drehwinkel (relativ oder absolut) und/oder die erfasste Drehzahl (relativ oder absolut) zugeführt. Diese gibt bei einer vorgegebenen Differenzdrehzahl ein Ausgangssignal an die Aktuatorik 10 zum Auslösen des Schaltvorgangs aus, welches bevorzugt erst nach einer Drehzahlsynchronisierung erfolgt. Dabei ist es möglich, dass die Aktuatorik 10 den Schaltvorgang in Anhängigkeit von einem Drehwinkelversatz und/oder der Drehzahldifferenz bereits auslöst, wenn sich die Zähne 2.1, 3.1 des ersten und des zweiten Schaltelementes 2, 3 noch überlappen.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung zum synchronisierten Schalten einer Kupplung, insbesondere einer Zahnkupplung eines Fahrzeuges realisiert erstmals eine Schalteinrichtung, bei welcher der absolute oder relative Verdrehwinkel von mindestens einer Antriebs- und mindestens einer Abtriebswelle der Zahnkupplung oder zusätzlich zum Verdrehwinkel auch die Drehzahl eines oder mehrerer an der Zahnkupplung angekoppelter Wellen durch mindestens einen Sensor erfasst werden kann und wodurch eine an die Zahnkupplung angekoppelte und mit dem Sensor mittel- oder unmittelbar verbundene Aktuatorik erstmalig das formschlüssige und definierte Einspuren der Zähne der Schaltelemente (des einen Schaltufers) in die Zahnlücken mindestens eines weiteren Schaltelements (Schaltufers) auslöst, steuert oder regelt.
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Mit den vorhandenen Drehzahlsignalen von An- und Abtrieb, welche entweder extern oder aus dem Sensor selbst gewonnen werden können, wird vor der Schaltung eine entsprechende Drehzahldifferenz eingestellt. Die Erfassung, wann sich ein Zahn eines Schaltelements (Schaltmuffe) und die Zahnlücke der Schaltverzahnung in deckungsgleicher Position gegenüberstehen, erfordert eine sehr schnelle und präzise Messwerterfassung. Diese Aufgabe lässt sich nach bisherigen Erkenntnissen vorzugsweise über eine optische Messeinrichtung realisieren, welche sowohl die Aspekte der Genauigkeit als auch der Signalerfassungsgeschwindigkeit erfüllt. Das Messprinzip wird über eine im technischen Bereich übliche Gabellichtschranke umgesetzt, welche aus einer optischen Sende- und Empfangseinheit besteht und wie vorgenannt beschrieben, angeordnet werden kann.
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Die Grundlage dessen, dass die Infrarotwelle, welche permanent emittiert wird, immer nur dann von der optischen Empfangseinheit registriert werden kann, wenn sich beide Messschlitze deckungsgleich überschneiden, wird für das Auslösen des Schaltvorganges genutzt und bei sich gegenüberstehenden Zahn und Lücke wird ein möglicher Schaltvorgang elektronisch registriert. Aufgrund der Laufzeit der Signale und der Trägheit des Aktuators treten bestimmte Verzögerungen auf, welche durch eine Verstellung beider Messscheiben relativ zu den Schaltverzahnungen kompensiert werden können. Durch diese relative Verstellung der Messscheiben kann bei einer konstanten Drehzahldifferenz zwischen den Schaltufern, welche beim aktiven Ansynchronisieren eingestellt werden, die Verzögerungen der Aktorik und die mechanische Trägheit gezielt ausgeglichen werden, so dass ein kontrolliertes Einspuren der Verzahnungen gesteuert werden kann.
