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Die Erfindung betrifft eine Getriebeanordnung mit einer Welle, einem ersten und einem zweiten Zahnrad sowie einer Schaltmuffe.
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Schaltgetriebe, insbesondere Schaltgetriebe von Motorrädern, sind häufig nicht synchronisiert. Bei derartigen Schaltgetrieben kann es passieren, dass Klauen einer Schaltmuffe bei einem Schaltvorgang axial auf Stege eines Zahnrads und nicht in die dafür vorgesehenen Aussparungen des Zahnrads treffen. Hierdurch kann keine Kraftübertragung stattfinden und es kommt somit zu einer Fehlschaltung.
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DE 10 2009 054 459 A1 offenbart eine formschlüssige Schalteinrichtung, insbesondere Klauenschalteinrichtung, für ein Fahrzeuggetriebe mit zumindest einem ersten Kupplungselement und einem zweiten axial bewegbaren Kupplungselement, wobei zum formschlüssigen Einspuren der korrespondierenden Klauen der beiden Kupplungselemente das axial bewegbare Kupplungselement schaltbar ist, sobald eine vorbestimmte Differenzgeschwindigkeit zwischen den beiden Kupplungselementen erreicht ist, und wobei zumindest eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer beim Einspuren notwendigen Differenzposition zwischen den korrespondierenden Klauen der beiden Kupplungselemente vorgesehen ist.
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US 4 817 470 A offenbart ein Schaltgetriebe für Kraftfahrzeug-Mehrstufengetriebe mit Zugkraftunterbrechung, das nach dem Vorbild eines halbautomatischen Getriebes aufgebaut. Handschalter, die mit einem Steuergerät verbunden sind, dienen zur Betätigung von Schaltgabeln über Servosysteme. Sensoren wirken mit Drehmarken an der Zapfwelle und mit Markierungen an den von der Antriebswelle angetriebenen Zahnrädern zusammen. Die relative Phasenlage φ zwischen den Geschwindigkeitszahnrädern und den von der Zapfwelle angetriebenen Schaltmuffen wird von einem Phasendetektor ermittelt. Wenn eine vorgegebene Phasenlage erreicht ist, werden diese Elemente miteinander in Eingriff gebracht.
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DE 34 46 430 A1 offenbart ein Zahnrad-Schaltgetriebe mit mindestens einem auf einer Antriebswelle drehbar angeordneten Losrad und einer aus der Antriebswelle drehfest, jedoch axial verlagerbaren Schaltmuffe, sowie mit einem auf der Antriebswelle drehfest verlagerten, mit dem Losrad in Eingriff stehenden Gegenzahnrad. Dem Zahnrad-Schaltgetriebe werden Sensoren derart zugeordnet, dass sie die jeweiligen Zahnstellungen abtasten und impulsartig an einen Mikroprozessor weiterleiten, welcher in der Lage ist, die exakte Stellung „Zahn-auf-Lücke“ der Gegenverzahnung und der Kupplungsverzahnung zu erkennen und dann über eine Schalteinheit die Schaltmuffe mit dem Losrad in Eingriff bringt.
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DE 10 2008 001 398 A1 offenbart ein automatisiertes Schaltgetriebe eines Kraftfahrzeugs, mit mindestens zwei achsparallelen Getriebewellen, die selektiv über mehrere Gangzahnradsätze unterschiedlicher Übersetzung mit jeweils einem auf der einen Getriebewelle drehfest angeordneten Festrad und einem auf der anderen Getriebewelle drehbar gelagerten Losrad durch ein fremdkraftbetätigtes Einrücken jeweils einer zwischen dem betreffenden Losrad und der zugeordneten Getriebewelle angeordneten, mit formschlüssig ineinander greifenden Kupplungsverzahnungen versehenen Gangkupplung miteinander in Triebverbindung bringbar sind. Das erfindungsgemäße Schaltgetriebe ist derart ausgebildet, dass zur Steuerung des Einrückens der Gangkupplungen mittels einer Sensoreinrichtung mit je einem Drehwinkelsensor pro Getriebewelle Drehwinkelpositionen der beiden Getriebewellen mit einer Zahn-auf-Zahnlücke-Stellung der Kupplungsverzahnungen der Gangkupplungen ermittelbar sind.
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Die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, ist es, eine Getriebeanordnung zu schaffen, die dazu beiträgt, dass einfach und kostengünstig Fehlschaltungen reduziert werden können.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Getriebeanordnung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Die Erfindung zeichnet sich aus durch eine Getriebeanordnung mit einer Welle mit einer Längsachse. Die Getriebeanordnung weist ein erstes Zahnrad auf, das die Welle radial umschließt. Die Getriebeanordnung weist ein zweites Zahnrad auf, das die Welle radial umschließt, wobei das erste Zahnrad und das zweite Zahnrad axial in Richtung der Längsachse vorgegeben voneinander beabstandet sind. Die Getriebeanordnung weist eine Schaltmuffe auf mit mehreren Schaltklauen, die die Welle radial umschließt. Die Schaltmuffe ist axial in Richtung der Längsachse zwischen dem ersten und dem zweiten Zahnrad angeordnet. Das erste und das zweite Zahnrad weisen jeweils mehrere zur Aufnahme der Schaltklauen ausgebildete Aussparungen auf und zwischen den Aussparungen ausgebildete Stege. Das erste und das zweite Zahnrad weisen jeweils einen Bezugspunkt auf. Die Getriebeanordnung weist eine Sensoreinheit auf, die dazu ausgebildet ist, eine magnetische Flussdichte eines Magnetfeldes zu erfassen. Die Sensoreinheit ist derart axial in Richtung der Längsachse zwischen dem ersten Zahnrad und dem zweiten Zahnrad angeordnet, dass ein Messsignal der Sensoreinheit, das die magnetische Flussdichte repräsentiert, repräsentativ ist für einen relativen Winkel zwischen dem Bezugspunkt des ersten Zahnrades und dem Bezugspunkt des zweiten Zahnrades bezogen auf die Längsachse.
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Eine derartige Getriebeanordnung kann beispielsweise in einem nicht synchronisierten Schaltgetriebe verwendet werden. Beispielsweise ist ein derartiges Schaltgetriebe ein Klauengetriebe, wie beispielsweise ein Klauengetriebe in einem Motorrad.
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Die magnetische Flussdichte des Magnetfeldes, die mittels der Sensoreinheit erfasst werden kann, hängt insbesondere messbar ab davon, ob sich radial innerhalb einer Referenzwinkelposition, die zu einer Winkelposition des Sensors korreliert, ein Steg oder eine Aussparung desjenigen Zahnrads befindet, das frei ist von einem Eingriff der Schaltmuffe, und davon, ob sich radial innerhalb der Referenzwinkelposition ein Steg oder eine Aussparung desjenigen Zahnrads befindet, das in einem Eingriff ist mit der Schaltmuffe. Zusätzlich kann die magnetische Flussdichte des Magnetfeldes messbar davon abhängen, ob sich radial innerhalb der Referenzwinkelposition, die zu der Winkelposition des Sensors korreliert, eine Schaltklaue oder keine Schaltklaue der Schaltmuffe befindet, die dem Zahnrad in Richtung der Längsachse zugewandt ist, das frei ist von dem Eingriff der Schaltmuffe.
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Der Scheitelpunkt des Winkels, der der Winkelposition des Sensors zugeordnet ist und der Scheitelpunkt des Winkels, der der Referenzwinkelposition zugeordnet ist, sind beispielsweise auf der Längsachse angeordnet. Die Winkelscheitel des der Winkelposition des Sensors zugeordneten Winkels und des der Referenzwinkelposition zugeordneten Winkels sind beispielsweise in einer zu der Längsachse senkrechten Ebene angeordnet.
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Die Bezugspunkte des ersten und zweiten Zahnrades sind vorgegeben. Beispielsweise liegen sie mittig auf einem der Stege des jeweiligen Zahnrades.
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Das erste und das zweite Zahnrad sind insbesondere Losräder, die lose, also nicht drehfest mit der Welle verbunden sind. Die Schaltmuffe ist insbesondere drehfest mit der Welle verbunden.
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Bei einer derartigen Getriebeanordnung wird eine Kraft von der Welle auf die Schaltmuffe übertragen. Die Schaltmuffe überträgt die Kraft mittels der Schaltklauen auf eines der Zahnräder. Bei einem Schaltvorgang wird die Schaltmuffe axial in Richtung der Längsachse bewegt, so dass die Schaltmuffen in die Aussparungen des jeweils anderen Zahnrades eingreifen. So kann die Kraft auf das jeweils andere Zahnrad übertragen werden. Treffen die Schaltklauen der Schaltmuffe bei einem Schaltvorgang auf die Stege des jeweils anderen Zahnrads, so kann keine Kraft auf das jeweils andere Zahnrad übertragen werden und es kommt somit zu einer Fehlschaltung.
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Mittels des Messsignals der Sensoreinheit kann der relative Winkel zwischen dem Bezugspunkt des ersten Zahnrades und dem Bezugspunkt des zweiten Zahnrades bezogen auf die Längsachse ermittelt werden. Hierdurch kann somit ermittelt werden, ob die Schaltklauen der Schaltmuffe, die dem freien Zahnrad zugewandt sind, in die Aussparungen des freien Zahnrads treffen, oder ob sie auf die Stege des freien Zahnrads treffen. Auf diese Weise kann einfach eine Fehlschaltung verhindert werden, beispielsweise indem Schaltvorgänge nur initialisiert werden, wenn die Schaltklauen der Schaltmuffe, die dem freien Zahnrad zugewandt sind, in die Aussparungen des freien Zahnrads treffen. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich Schaltvorgänge nur in vorgegebenen relativen Winkeln zu initialisieren, bei denen gegebenenfalls sichergestellt ist, dass es nicht zu einer Fehlschaltung kommt. Eine derartige Getriebeanordnung ist zusätzlich preisgünstig, da für jedes Zahnradpaar nur eine Sensoreinheit benötigt wird.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Sensoreinheit einen Magnetfelderzeuger zum Erzeugen des Magnetfeldes.
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Ein derartiger Magnetfelderzeuger ist beispielsweise ein Permanentmagnet, beispielsweise umfassend einen Seltenerdmagnet. Hierdurch kann auf einfache Weise das Magnetfeld erzeugt werden bei einem gleichzeitig sehr kompakten Aufbau.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist eine Poltrennebene, die einen magnetischen Nordpol des Magnetfelderzeugers von einem magnetischen Südpol des Magnetfelderzeugers trennt, senkrecht zur Längsachse der Welle.
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Hierdurch kann das erzeugte Magnetfeld so ausgerichtet werden, dass viele magnetische Feldlinien das erste und das zweite Zahnrad und insbesondere die Aussparungen und/oder Stege des ersten und des zweiten Zahnrads durchdringen. Hierdurch kann besonders einfach der relative Winkel ermittelt werden, da sich bei einer derartigen Anordnung des Magnetfelderzeugers das Messsignal gegebenenfalls wesentlich verändert, wenn sich ein Steg oder eine Aussparung des ersten oder zweiten Zahnrads radial innerhalb der Referenzwinkelposition befindet, das frei ist von einem Eingriff der Schaltmuffe, und wenn sich radial innerhalb der Referenzwinkelposition ein Steg oder eine Aussparung desjenigen Zahnrads befindet, das in einem Eingriff ist mit der Schaltmuffe. Somit ist es einfach möglich, die Sensoreinheit derart anzuordnen, dass sie repräsentativ ist für den relativen Winkel zwischen dem Bezugspunkt des ersten Zahnrades und dem Bezugspunkt des zweiten Zahnrades bezogen auf die Längsachse.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Sensoreinheit mindestens einen Hall-Sensor zum Erfassen einer magnetischen Flussdichte.
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Ein Hall-Sensor nutzt den Hall-Effekt zur Messung von Magnetfeldern. Gerade mittels Hall-Sensoren lässt sich die magnetische Flussdichte somit sehr einfach ermitteln. Der Hall-Sensor wird insbesondere derart in der Sensoreinheit angeordnet, dass die Feldlinien des Magnetfeldes senkrecht auf den Hall-Sensor auftreffen. Insbesondere werden beispielsweise zwei Hall-Sensoren verwendet, die nebeneinander beispielsweise auf einer zur Längsachse der Welle senkrechten Achse angeordnet sind.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Sensoreinheit radial vorgegeben beabstandet außerhalb der Schaltmuffe angeordnet.
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Gerade durch eine Anordnung radial außerhalb der Schaltmuffe kann sichergestellt werden, dass viele magnetische Feldlinien des erzeugten Magnetfeldes das erste und das zweite Zahnrad und insbesondere die Aussparungen und/oder Stege des ersten und des zweiten Zahnrads durchströmen. Beispielsweise ist die Sensoreinheit radial im einstelligen Millimeterbereich außerhalb der Schaltmuffe angeordnet.
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Die Sensoreinheit und/oder insbesondere der Magnetfelderzeuger und/oder der mindestens eine Hall-Sensor sind insbesondere radial innerhalb des Fußkreisdurchmessers des ersten und/oder zweiten Zahnrads angeordnet.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine Getriebeanordnung und
- 2 die Getriebeanordnung aus einer Frontansicht.
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Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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1 und 2 zeigen eine Getriebeanordnung 1. Die Getriebeanordnung 1 weist eine Welle 9 mit einer Längsachse L auf. Ein erstes Zahnrad 3 umschließt die Welle 9 radial. Das erste Zahnrad 3 ist insbesondere ein Losrad, das lose, also nicht drehfest mit der Welle 9 verbunden ist.
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Die Getriebeanordnung 1 weist ein zweites Zahnrad 5 auf, das die Welle 9 radial umschließt. Das zweite Zahnrad 5 ist insbesondere ein Losrad, das lose, also nicht drehfest mit der Welle 9 verbunden ist.
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Das erste Zahnrad 3 und das zweite Zahnrad 5 sind axial in Richtung der Längsachse L vorgegeben voneinander beabstandet. Insbesondere weisen das erste Zahnrad 3 und das zweite Zahnrad 5 unterschiedliche Durchmesser auf. Das erste Zahnrad 3 und das zweite Zahnrad 5 sind insbesondere in Richtung der Längsachse L nicht verschiebbar, beziehungsweise in Richtung der Längsachse L fest auf der Welle 9 angeordnet.
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Das erste Zahnrad 3 und das zweite Zahnrad 5 weisen jeweils über den Umfang verteilte Zähne 31 auf.
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Die Zähne 31 des ersten Zahnrads 3 greifen in Zähne 33 eines dritten Zahnrads 35 ein. Somit kann ein Drehmoment von dem ersten Zahnrad 3 auf das dritte Zahnrad 35 und/oder von dem dritten Zahnrad 35 auf das erste Zahnrad 3 übertragen werden.
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Die Zähne 31 des zweiten Zahnrads 5 greifen in Zähne 33 eines vierten Zahnrads 37 ein. Somit kann ein Drehmoment von dem zweiten Zahnrad 5 auf das vierte Zahnrad 37 und/oder von dem vierten Zahnrad 37 auf das zweite Zahnrad 5 übertragen werden.
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Das dritte Zahnrad 35 und das vierte Zahnrad 37 sind insbesondere Festräder, die drehfest mit einer nicht gezeigten weiteren Welle verbunden sind. Somit kann ein Drehmoment von dem dritten Zahnrad 35 über die weitere Welle auf das vierte Zahnrad 37 und/oder von dem vierten Zahnrad 37 über die weitere Welle auf das dritte Zahnrad 35 übertragen werden.
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Zwischen dem ersten Zahnrad 3 und dem zweiten Zahnrad 5 ist axial in Richtung der Längsachse L der Welle 9 eine Schaltmuffe 7 angeordnet, die die Welle 9 radial umschließt.
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Die Schaltmuffe 7 ist insbesondere drehfest mit der Welle 9 verbunden. Auf der Welle 9 sind hierfür beispielsweise mehrere Passfedern 11 angeordnet, die beispielsweise formschlüssig mit der Schaltmuffe 7 verbunden sind. Auf diese Weise kann von der Welle 9 ein Drehmoment auf die Schaltmuffe 7 und/oder von der Schaltmuffe 7 auf die Welle 9 übertragen werden.
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Die Schaltmuffe 7 ist axial in Richtung der Längsachse L zwischen dem ersten Zahnrad 3 und dem zweiten Zahnrad 5 auf den Passfedern 11 verschiebbar. Hierfür greift beispielsweise eine nicht gezeigte Schaltgabel in eine Nut 25 der Schaltmuffe 7 ein und bewegt die Schaltmuffe 7 in Richtung der Längsachse L.
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Die Schaltmuffe 7 weist mehrere Schaltklauen 8 auf. Ein Teil der Schaltklauen 8 ist dem ersten Zahnrad 3 in Richtung der Längsachse L zugewandt. Ein anderer Teil der Schaltklauen 8 ist dem zweiten Zahnrad 5 in Richtung der Längsachse L zugewandt.
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Das erste Zahnrad 3 und das zweite Zahnrad 5 weisen jeweils mehrere zur Aufnahme der Schaltklauen 8 ausgebildete Aussparungen 51 auf und zwischen den Aussparungen 51 ausgebildete Stege 53. Durch die derart ausgebildeten Aussparungen 51 kann ein Drehmoment von der Schaltmuffe 7 über die Schaltklauen 8 auf die Stege 53 des ersten Zahnrads 3 und/oder auf die Stege 53 des zweiten Zahnrads 5 übertragen werden. Das erste Zahnrad 3 und das zweite Zahnrad 5 weisen jeweils einen Bezugspunkt P1, P2 auf.
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Der Bezugspunkt P1 des ersten Zahnrades 3 ist vorgegeben, beispielsweise liegt er mittig auf einem der Stege 53 des ersten Zahnrades 3. Der Bezugspunkt P2 des zweiten Zahnrades 5 ist vorgegeben, beispielsweise liegt er mittig auf einem der Stege des zweiten Zahnrades 5.
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Durch eine derartige Getriebeanordnung 1 kann somit beispielsweise in einer ersten Schaltstellung ein Drehmoment von der Welle 9 über die Passfedern 11 an die Schaltmuffe 7 übertragen werden und von der Schaltmuffe 7 über die Schaltklauen 8 beispielsweise an das erste Zahnrad 3 übertragen werden, welches beispielsweise wiederum das Drehmoment über die Zähne 31 auf die Zähne 33 des dritten Zahnrades 35 überträgt, welches wiederum das Drehmoment auf die weitere Welle überträgt.
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In einer zweiten Schaltstellung kann beispielsweise ein Drehmoment von der Welle 9 über die Passfedern 11 an die Schaltmuffe 7 übertragen werden und von der Schaltmuffe 7 über die Schaltklauen 8 beispielsweise an das zweite Zahnrad 5 übertragen werden, welches beispielsweise wiederum das Drehmoment über die Zähne 31 auf die Zähne 33 des vierten Zahnrades 37 überträgt, welches wiederum das Drehmoment auf die weitere Welle überträgt.
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Da das erste Zahnrad 3 und das zweite Zahnrad 5 und respektive das dritte Zahnrad 35 und das vierte Zahnrad 37 insbesondere unterschiedliche Durchmesser aufweisen, können somit unterschiedliche Drehzahlen mit der weiteren Welle erzeugt werden, die beispielsweise als Abtriebswelle dient.
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Für einen Wechsel der Schaltstellungen müssen die Aussparungen 51 des Zahnrads, auf welches das Drehmoment von der Schaltmuffe 7 übertragen werden soll, so angeordnet sein, dass die Schaltklauen 8 in die Aussparungen 51 treffen und nicht auf die Stege 53 des Zahnrads. Hierfür ist es vorteilhaft, einen relativen Winkel BETA zwischen dem Bezugspunkt P1, P2 des Zahnrades 3, 5, das frei ist von einem Eingriff der Schaltmuffe 7 und dem Bezugspunkt P1, P2 des Zahnrades 5, 3, das in einem Eingriff ist mit der Schaltmuffe 7, zu ermitteln, bezogen auf die Längsachse L.
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Hierfür weist die Getriebeanordnung 1 eine Sensoreinheit 15 auf, die dazu ausgebildet ist, eine magnetische Flussdichte eines Magnetfeldes zu erfassen. Die Sensoreinheit 15 ist derart axial in Richtung der Längsachse L zwischen dem ersten Zahnrad 3 und dem zweiten Zahnrad 5 angeordnet, dass ein Messsignal der Sensoreinheit 15, das die magnetische Flussdichte repräsentiert, repräsentativ ist für den relativen Winkel BETA zwischen dem Bezugspunkt P1, P2 des Zahnrades 3, 5, das frei ist von einem Eingriff der Schaltmuffe 7 und dem Bezugspunkt P2, P1 des Zahnrades 5, 3, das in einem Eingriff ist mit der Schaltmuffe 7, bezogen auf die Längsachse L.
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Die Sensoreinheit 15 ist hierfür beispielsweise radial vorgegeben beabstandet außerhalb der Schaltmuffe 7 angeordnet. Beispielsweise ist die Sensoreinheit 15 an einem nicht gezeigten Gehäuse der Getriebeanordnung 1 angeordnet. Beispielsweise ist die Sensoreinheit 15 radial im einstelligen Millimeterbereich außerhalb der Schaltmuffe 7 angeordnet.
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Die Sensoreinheit 15 weist beispielsweise einen Magnetfelderzeuger 17 auf, wie beispielsweise einen Permanentmagnet, beispielsweise umfassend einen Seltenerdmagnet.
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Eine Poltrennebene 20 des Magnetfelderzeugers 17, die einen magnetischen Nordpol 18 von einem magnetischen Südpol 19 des Magnetfelderzeugers 17 trennt, ist beispielsweise senkrecht zur Längsachse L der Welle 9. Der magnetische Nordpol 18 ist beispielsweise in Richtung der Längsachse L dem zweiten Zahnrad 5 zugewandt. Alternativ ist der magnetische Nordpol 18 in Richtung der Längsachse L dem ersten Zahnrad 3 zugewandt.
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Die Sensoreinheit 15 weist beispielsweise mindestens ein Sensorelement auf zum Erfassen der magnetischen Flussdichte, das beispielsweise ein Hall-Sensor 21 ist. Insbesondere weist die Sensoreinheit 15 zwei Hall-Sensoren 21 auf, die insbesondere nebeneinander beispielsweise auf einer zur Längsachse L der Welle 9 senkrechten Achse angeordnet sind. Die von der Sensoreinheit 15 erfasste magnetische Flussdichte verändert sich, je nachdem wie viele Feldlinien des Magnetfeldes durch eine Aussparung 51 des ersten Zahnrades 3 und/oder zweiten Zahnrades 5 durchdringen und/oder wie viele Feldlinien des Magnetfeldes durch einen Steg 53 des ersten Zahnrades 3 und/oder zweiten Zahnrades 5 durchdringen.
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Der mindestens eine Hall-Sensor 21 liegt beispielsweise mit dem Magnetfelderzeuger 17 auf einer zur Längsachse L parallelen Achse, beispielsweise zwischen dem ersten Zahnrad 3 und dem Magnetfelderzeuger 17 und/oder zwischen dem zweiten Zahnrad 5 und dem Magnetfelderzeuger 17.
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Alternativ oder zusätzlich liegt der mindestens eine Hall-Sensor 21 beispielsweise auf einer zur Längsachse L parallelen Achse zwischen dem Magnetfelderzeuger 17 und der Längsachse L.
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Durch eine derartige Getriebeanordnung 1 kann ein Beitrag dazu geleistet werden, dass insbesondere bei nicht synchronisierten Getrieben, wie beispielsweise Klauengetrieben in einem Motorrad, Fehlschaltungen verhindert werden, die dadurch erzeugt werden, dass die Schaltmuffen 8 der Schaltklaue 7 auf Stege 53 des ersten Zahnrads 3 und/oder des zweiten Zahnrads 5 treffen.
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Die Sensoreinheit 15 und/oder insbesondere der Magnetfelderzeuger 17 und/oder der mindestens eine Hall-Sensor 21 sind insbesondere radial innerhalb des Fußkreisdurchmessers des ersten und/oder zweiten Zahnrads 3, 5 angeordnet.
