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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Gangwechselvorrichtung für
ein Fahrzeuggetriebe. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung
eine Vorrichtung, die einen Motor verwendet, um einen Gangauswahlmechanismus
zu betätigen.
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Hintergrundinformation
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Auch heute verwenden Busse, Lastkraftwagen
und andere große
Fahrzeuge immer noch hauptsächlich
Handschaltgetriebe. Bei Handschaltgetrieben ist ein Schalthebel
nahe dem Sitz des Fahrers angeordnet. Der Schalthebel ist durch
eine Betätigungsstange
oder einen anderen Verbindungsmechanismus mechanisch mit dem Getriebe
gekoppelt. Um die Gänge
zu wechseln, bewegt der Fahrer physisch den Getriebemechanismus
durch Betätigen des
Hebels. Folglich erfordert die Betätigung des Hebels einen gewissen
Grad an Kraft und wird zu einer großen Belastung für den Fahrer,
wenn ein häufiger Gangwechsel
erforderlich ist.
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Um dieses Problem zu lösen, wurde
ein ferngesteuertes Handschaltgetriebe entwickelt. Das ferngesteuerte
Handschaltgetriebe ist mit einer Gangwechselvorrichtung und einem
Getriebe versehen. Die Gangwechselvorrichtung wird von einem Motor betätigt. Die
elektronische Steuereinheit (ECU) des Getriebes steuert die Gangwechselvorrichtung
unter Verwendung eines elektrischen Signals. Mit dem ferngesteuerten
Handschaltgetriebe können
Gänge unter
Verwendung von nur einer kleinen Menge an Kraft, um den Schalthebel
zu betätigen,
gewechselt werden, da der Motor. die Bewegung des Getriebemechanismus
durchführt.
Folglich wird die mit dem Betätigen
des Schalthebels verbundene Belastung verringert.
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Ein Handschaltgetriebe ist im allgemeinen mit
einer Vielzahl von Schaltmuffen versehen, die in einer Auswahlrichtung
ausge richtet sind. Die Gangwechselvorrichtung, die am Handschaltgetriebe
vorgesehen ist, kuppelt durch Bewegen der vom Gangauswahlmechanismus
ausgewählten
Schaltmuffe in der Schaltrichtung die Zahnräder aus und ein. Die Gangwechselvorrichtung
ist typischerweise mit einer Schaltgabel, einer Welle, einem Gangauswahlmechanismus
und einem Gangschaltmechanismus ausgestattet. Die Schaltgabel ist
so gestaltet, dass ein Ende mit jeder der Schaltmuffen in Eingriff
kommen kann. Die Welle ist derart strukturiert, dass die Schaltgabel
an der Welle drehfest gelagert ist, so dass sich die Schaltgabel
nicht drehen kann. Der Gangauswahlmechanismus bewegt die Schaltgabel entlang
der Welle in der Auswahlrichtung. Der Gangschaltmechanismus schwenkt
die Schaltgabel, um die Schaltmuffe in der Schaltrichtung zu bewegen. Der
Gangauswahlmechanismus und der Gangschaltmechanismus weisen jeweils
beispielsweise einen elektrisch angetriebenen Kugelumlaufspindelmechanismus
auf.
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Der Gangauswahlmechanismus in einer
herkömmlichen
motorbetriebenen Gangwechselvorrichtung verwendet beispielsweise
einen elektrisch angetriebenen Kugelumlaufspindelmechanismus, um die
Drehung eines Motors in eine geradlinige Bewegung umzuwandeln. Ein
Element, das sich folglich geradlinig bewegt, ist durch ein Gestänge mit
der Schaltgabel gekoppelt und die Schaltgabel wird in der Auswahlrichtung
entlang der Welle bewegt. Da der elektrisch angetriebene Kugelumlaufspindelmechanismus
parallel zur Welle und nicht koaxial angeordnet ist, belegt die
Gangwechselvorrichtung einen relativ großen Platz. Ferner ist es erforderlich,
die Schaltgabel mit dem beweglichen Abschnitt des elektrisch angetriebenen
Kugelumlaufspindelmechanismus mit einem Gestänge zu koppeln. Somit besteht ein
hohes Risiko, dass auf die Schaltgabel eine exzentrische Last in
einer anderen Richtung als der Auswahlrichtung wirkt.
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Die
DE 696 05 088 T2 offenbart eine Steuerung
für einen
elektrisch betätigten
Gangschaltmechanismus mit einem wahlweise betätigbaren Schaltelement, einem
wahlweise ansteuerbaren Elektromotor, und einer Schaltverbindung,
die von dem Motor zum wahlweisen Bewegen des Schaltelements angetrieben
ist, wobei nach einer ersten Zeitspanne des Betriebs des Motors
für eine
zweite Zeitspanne die Erregung des Motors auf einen Minimalwert
reduziert wird.
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Angesichts des obigen existiert ein
Bedarf für eine
Gangwechselvorrichtung für
ein Fahrzeuggetriebe, die die vorstehend erwähnten Probleme im Stand der
Technik beseitigt. Diese Erfindung wendet sich diesem Bedarf im
Stand der Technik sowie anderen Bedürfnissen zu, die für Fachleute
aus dieser Offenbarung ersichtlich werden.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist die Verringerung des für
eine Gangwechselvorrichtung in einem motorisierten Getriebe erforderlichen Platzes,
d.h. die Verringerung der Größe der Gangwechselvorrichtung,
und das Verhindern, dass der Gangauswahlmechanismus eine exzentrische
Last auf die Schaltgabel ausübt.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch
die Merkmale des Anspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung.
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Eine Gangwechselvorrichtung für ein Fahrzeuggetriebe
gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist mit einer Welle, einer
Schaltgabel, einem Gangauswahlmechanismus und einem Gangschaltmechanismus
ausgestattet. Die Schaltgabel ist an der Welle derart montiert,
dass sich die Schaltgabel in einer Längsrichtung der Welle bewegen
kann. Die Schaltgabel ist auch an der Welle derart montiert, dass
sie sich nicht relativ zur Welle drehen kann. Der Gangschaltmechanismus
schwenkt die Schaltgabel derart, dass die Schaltgabel eine Kraft
auf die Schaltmuffe ausübt
und die Schaltmuffe sich bewegt, um das Getriebezahnrad auszukuppeln und
einzukuppeln. Der Gangauswahlmechanismus bewegt die Schaltgabel
in der Längsrichtung
der Welle und richtet die Schaltgabel selektiv auf die gewünschte Schaltmuffe
aus. Der Gangauswahlmechanismus weist ein erstes Gewindeelement,
einen Motor und ein zweites Gewindeelement auf. Das erste Gewindeelement
ist koaxial bezüglich
der Welle angeordnet und kann sich relativ zur Welle drehen. Der
Motor dreht das erste Gewindeelement. Das zweite Gewindeelement
ist koaxial bezüglich
der Welle angeordnet, steht mit dem ersten Gewindeelement in Eingriff
und ist mit der Schaltgabel gekoppelt.
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Wenn der Motor das erste Gewindeelement dreht,
bewegt hier das zweite Gewindeelement, das mit dem ersten Gewindeelement
in Eingriff steht, die Schaltgabel, die an der Welle derart montiert
ist, dass sie sich nicht drehen kann, entlang der Längsrichtung der
Welle. Folglich bewegt der Gangauswahlmechanismus die Schaltgabel
in eine Position, die der gewünschten
Schaltmuffe entspricht. Bei dieser Erfindung ist auch der Schneckenvorschubmechanismus, der
aus dem ersten Gewindeelement und dem zweiten Gewindeelement besteht,
koaxial bezüglich
der Welle angeordnet. Die Gewindeelemente können beispielsweise koaxial
um die Außenseite
der Welle angeordnet werden, indem den Gewindeelementen eine zylindrische
Form verliehen wird. Da der Schneckenvorschubmechanismus koaxial
bezüglich
der Welle angeordnet ist, können
somit das Gewicht und die Größe der Vorrichtung
im Vergleich zu herkömmlichen
Gangwechselvorrichtungen, bei denen der Gangauswahlmechanismus parallel
zur Welle, aber nicht koaxial angeordnet ist, verringert werden.
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Da beide Gewindeelemente koaxial
bezüglich
der Welle angeordnet sind, werden ferner ungewollte Kräfte, die
vom Gangauswahlmechanismus auf die Schaltgabel ausgeübt werden,
unterdrückt. Diese
ungewollten Kräfte
umfassen exzentrische Lasten, die auf die Schaltgabel in einer anderen
Richtung als der Längsrichtung
der Welle wirken. Folglich ist die Bewegung der Schaltgabel zuverlässiger und die
Haltbarkeit der Gangwechselvorrichtung verbessert sich.
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Eine Gangwechselvorrichtung für ein Fahrzeuggetriebe
gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Vorrichtung des
ersten Aspekts, wobei die Welle mit Nuten in Positionen entsprechend
jeder der Schaltmuffen versehen ist. Die Schaltgabel umfasst einen
Positionierungsmechanismus. Der Po sitionierungsmechanismus weist
ein Eingriffselement, das in Nuten eingreifen kann, und ein elastisches
Element, das das Eingriffselement elastisch abstützt, auf. Das zweige Gewindeelement
ist mit der Schaltgabel derart gekoppelt, dass zwischen diesen ein
Spalt existiert.
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Hier sind Nuten in der Welle ausgebildet
und ein Positionierungsmechanismus ist vorgesehen, der die Schaltgabel
positioniert, indem das Eingriffselement mit den Nuten in Eingriff
gebracht wird. Die Nuten sind ausgebildet, um sicherzustellen, dass
die Schaltgabel nur in Positionen stoppen kann, die einer Schaltmuffe
entsprechen. Selbst wenn ein gewisser Grad an Fehler in dem Vorschub
besteht, der durch den Schneckenvorschubmechanismus ausgeführt wird,
welcher das erste Gewindeelement und das zweite Gewindeelement umfasst,
nimmt ferner der Spalt zwischen dem zweiten Gewindeelement und der
Schaltgabel den Fehler auf. Somit werden Fehler, die durch nachteilige
Wirkungen auf die Schaltgabelpositionierung verursacht werden, welche
durch den Positionierungsmechanismus ausgeführt wird, größtenteils
vermieden. Diese relativ einfache Struktur ermöglicht, dass die in diesem
Anspruch beschriebene Vorrichtung die Schaltgabel zuverlässig auf
die Position der gewünschten
Schaltmuffe ausrichtet.
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Eine Gangwechselvorrichtung für ein Fahrzeuggetriebe
gemäß einem
dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Vorrichtung des
ersten Aspekts, die ferner mit einem Gehäuse versehen ist. Ferner ist
die Schaltgabel mit Nuten in Positionen entsprechend jeder der Schaltmuffen
versehen. Das Gehäuse
ist so gestaltet, dass es sich in der Längsrichtung der Welle nicht
relativ zur Welle bewegt. Das Gehäuse umfasst auch einen Positionierungsmechanismus.
Der Positionierungsmechanismus weist ein Eingriffselement, das in
die Nuten eingreifen kann, und ein elastisches Element, das das
Eingriffselement elastisch abstützt,
auf. Das zweite Gewindeelement ist mit der Schaltga bel derart gekoppelt,
dass zwischen diesen ein Spalt existiert. Die Erfindung greift eine
Struktur auf, bei der das Gehäuse,
das sich nicht relativ zur Welle bewegen kann, mit einem Positionierungsmechanismus
versehen ist und das Eingriffselement des Positionierungsmechanismus
in die Nuten in der Schaltgabel eingreift. Die Nuten sind ausgebildet,
um sicherzustellen, dass die Schaltgabel nur in Positionen stoppen
kann, die einer Schaltmuffe entsprechen. Selbst wenn ein gewisser
Grad an Fehler in dem Vorschub besteht, der durch den Schneckenvorschubmechanismus
ausgeführt
wird, welcher das erste Gewindeelement und das zweite Gewindeelement
umfasst, nimmt ferner der Spalt zwischen dem zweiten Gewindeelement
und der Schaltgabel den Fehler auf. Somit werden Fehler, die durch
nachteilige Wirkungen auf die Schaltgabelpositionierung verursacht
werden, welche durch den Positionierungsmechanismus ausgeführt wird,
größtenteils
vermieden. Diese relativ einfache Struktur ermöglicht, dass die in diesem
Anspruch beschriebene Vorrichtung die Schaltgabel zuverlässig auf
die Position der gewünschten
Schaltmuffe ausrichtet.
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Eine Gangwechselvorrichtung für ein Fahrzeuggetriebe
gemäß einem
vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Vorrichtung des
zweiten oder dritten Aspekts, wobei das zweite Gewindeelement über einen
Dämpfer,
der im Spalt angeordnet ist, mit der Schaltgabel gekoppelt ist.
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Diese und weitere Aufgaben, Merkmale,
Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden für Fachleute
aus der folgenden ausführlichen Beschreibung
ersichtlich, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ein bevorzugtes
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung offenbart.
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Man nehme nun auf die beigefügten Zeichnungen
Bezug, die einen Teil dieser ursprünglichen Offenbarung bilden:
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1 ist
eine schematische Ansicht eines automatischen Gangwechselsystems
eines Handschaltgetriebes mit einem Fahrzeuggetriebe gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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2 ist
eine Querschnittsansicht einer Gangwechselvorrichtung des manuellen
automatischen Gangwechselsystems [eines Handschaltgetriebes];
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3 ist
eine Querschnittsansicht einer Gangwechselvorrichtung gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung; und
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4 ist
eine Querschnittsansicht einer Gangwechselvorrichtung gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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Erstes Ausführungsbeispiel
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Überblick über ein
automatisches Gangwechselsystem eines Handschaltgetriebes
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1 stellt
ein automatisches Gangwechselsystem eines Handschaltgetriebes mit
einem Fahrzeuggetriebe gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung dar. Wie in 1 zu sehen ist, ist eine Kupplung 3 zwischen einem
Motor 1 und einem Getriebe 2 angeordnet. Die Kupplung 3 umfasst
eine trockene Einplatten-Kupplungsscheibe. Eine Gangwechselvorrichtung 4 ist
als Stellglied zum Bewegen des Getriebes 2 vorgesehen.
Ein Kupplungsstellglied 5 ist als Stellglied zum Bewegen
der Kupplung 3 vorgesehen. Das Kupplungsstellglied 5 weist
vorzugsweise einen Hauptzylinder auf, der über einen Hydraulikkreis mit
einem Nebenzylinder 6 verbunden ist, welcher nahe der Kupplung 3 vorgesehen
ist.
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Dieses System ist mit mindestens
zwei elektronischen Steuereinheiten oder ECUs versehen, insbesondere
einer Motor-ECU 51 und einer Getriebe-ECU 52,
die miteinander im Dialogverkehr stehen können. Die zwei Einheiten können beispielsweise eine
Motordrehzahlinformation und eine Gaspedal-Positionsinformation
austauschen. Die Motor-ECU 51 steuert den Motor 1 und
empfängt
ein Gaspedal-Positionssignal von einem Gaspedal 54. Die
Getriebe-ECU 52 dient hauptsächlich zum Steuern der Kupplung 3 und
zum Wechseln von Gängen. Sie
sendet ein Kupplungssteuersignal zum Kupplungsstellglied 5 und
ein Gangwechsel-Steuersignal zur
Gangwechselvorrichtung 4. Diese Steuersignale dienen zum
Antreiben der verschiedenen Motoren.
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Die Getriebe-ECU 52 empfängt auch
Eingangssignale von verschiedenen Sensoren. Insbesondere empfängt die
Getriebe-ECU 52 ein Leerlaufsignal vom Gaspedal 54,
ein Schaltpositionssignal vom Schalthebel 55, ein Kupplungshubsignal
vom Kupplungspedal 56, ein Kupplungshubsignal und ein Fluiddrucksignal
vom Kupplungsstellglied 5, ein Kupplungsdrehsignal von
der Kupplung 3, ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal vom
Getriebe 2 und ein Schaltauswahl-Hubsignal von der Gangwechselvorrichtung 4.
Bei dem vorstehend beschriebenen System werden der Kupplungsbetrieb
und der Gangwechselbetrieb automatisch durch die Getriebe-ECU 52 gesteuert.
Ein wahlweiser manueller Betrieb, bei dem der Gang durch Betätigen des
Schalthebels 55 gewechselt wird, kann auch verwendet werden.
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Ein zweiter Hauptzylinder 57,
der mit dem Kupplungspedal 56 gekoppelt ist, ist über einen
Hydraulikkreis mit dem Nebenzylinder 6 verbunden. Wenn
der Fahrer das Kupplungspedal 56 betätigt, wird folglich Hydraulikdruck
vom zweiten Hauptzylinder 57 zum Nebenzylinder 6 geliefert
und die Kupplung wird verbunden und getrennt. Bei diesem Ausführungsbeispiel
wird das Kupplungspedal 56 nur für Notfälle verwendet, wie z.B. wenn
ein elektrisches Problem beim Kupplungsstellglied 5 vorliegt.
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Das Kupplungspedal 56 ist
normalerweise hochgeklappt, während
das Fahrzeug fährt.
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Gangwechselvorrichtung
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Die Gangwechselvorrichtung 4 wird
hauptsächlich
mit Bezug auf 2 im einzelnen
erläutert.
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Überblick über die
Gangwechselvorrichtung
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Wie in 1 zu
sehen ist, kuppelt die Gangwechselvorrichtung 4 die Getriebezahnräder des
Getriebes 2 auf der Basis eines Gangwechsel-Steuersignals
von der Getriebe-ECU 52 aus und ein. Wie in 2 gezeigt, weist der Gangwechselmechanismus 4 hauptsächlich eine
Welle 11, eine Schaltgabel 12, einen Gangauswahlmechanismus 13 und
einen Gangschaltmechanismus 14 auf. Das Getriebe 2 weist
auch Schaltmuffen 10 auf. Die Schaltmuffen 10 werden
durch jeweilige Schaltschienen 9 derart gehalten, dass
sich die Schaltmuffen 10 geradlinig bewegen können. Die
Schaltmuffen 10 sind in einer Auswahlrichtung (in 2 von links nach rechts) ausgerichtet.
Jede Schaltmuffe 10 umfasst vorzugsweise eine Schaltmuffengabel 10a und
einen Kerbenteil 10b. Die Schaltmuffengabel 10a erstreckt
sich vorzugsweise in Richtung der Schaltgabel 12. Der Kerbenteil
lOb ist an einer Kante der Schaltmuffengabel 10a ausgebildet.
Die Schaltgabel umfasst eine Klaue 126 (später erörtert),
die angeordnet ist, um in den Kerbenteil 10b einzutreten.
Die Gangwechselvorrichtung 4 wählt eine Schaltmuffe 10 aus
und schiebt sie, um die Schaltmuffe 10 entlang der Schaltschiene 9 zu
verschieben. Insbesondere tritt die Klaue 12b (später erörtert) der
Schaltgabel 12 der Gangwechselvorrichtung 4 in
einen Kerbenteil lOb der Schaltmuffengabel 10a der Schaltmuffe 10 ein. Die
Schwenkbewegung der Welle 11 bewegt die Schaltgabel 12.
Die Schaltmuffe 10 bewegt sich dann aufgrund der Bewegung
der Schaltgabel 12. Die geradlinige Bewegung der Schaltmuffe 10 bewirkt
dann, dass das Getriebezahnrad über
einen Synchronisationsmechanismus, der eine Kegelkupplung (nicht dargestellt)
umfasst, ausgekuppelt und eingekuppelt wird.
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Welle
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Die Welle 11 ist in der
Nähe von
deren beiden Enden drehbar an einem Gehäuse 45 durch Lager
gelagert. Keilnuten 11a sind an der Außenfläche des mittleren Bereichs
der Welle 11 ausgebildet. Ferner sind die Keilnuten 11a der
Welle 11 mit einer Nut 11b in jeder Position versehen,
in der die Klaue 12b der Schaltgabel 12 (später erörtert) in
einen Kerbenteil 10b von einer der Schaltmuffen 10 eintritt.
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Schaltgabel
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Die Keilnuten 12a an der
Innenseite der Schaltgabel 12 stehen mit den Keilnuten 11a der Welle 11 in
Eingriff. Daher kann sich die Schaltgabel 12 in der Längsrichtung
der Welle 11 bewegen, kann sich jedoch nicht um die Welle 11 drehen.
Die Schaltgabel 12 weist eine Klaue 12b auf, die
in den Kerbenteil lOb von jeder Schaltmuffe 10 durch Schwenken eintreten
kann. Die Schaltgabel 12 weist auch einen zylindrischen
hohlen Teil 12c auf, der so ausgebildet ist, dass er zur
Längsrichtung
der Welle 11 senkrecht ist. Ein Positionierungsmechanismus 20 ist
innerhalb des zylindrischen hohlen Teils 12c angeordnet.
Der Positionierungsmechanismus 20 weist einen Deckel 23,
eine Kugel 21 und eine Feder 22 auf. Die Kugel 21 kann
mit Nuten 11b der Welle 11 in Eingriff stehen. Der
Deckel 23 ist an der Schaltgabel 12 befestigt.
Die Feder 22 befestigt die Kugel 21 und den Deckel 23 elastisch.
Der Positionierungsmechanismus 20 hält die Position der Schaltgabel 12 in
der Auswahlrichtung mit einer vorgeschriebenen Kraft durch die Feder 22 aufrecht,
die die Kugel 21 in eine der Nuten llb schiebt.
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Gangschaltmechanismus
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Der Gangschaltmechanismus 14 kuppelt
die Getriebezahnräder
durch Schwenken der Welle 11, um zu bewirken, dass die Schaltgabel 12 eine
Kraft auf eine der Schaltmuffen 10 aufbringt, wobei somit die
Schaltmuffe 10 bewegt wird, aus und ein. Obwohl dieses
Ausführungsbeispiel
einen Planetengetriebe-Untersetzungsmechanismus als Gangschaltmechanismus 14 verwendet,
ist es auch annehmbar, einen anderen Mechanismus zu verwenden, wie
z.B. einen Untersetzungsmechanismus mit harmonischem Antrieb oder
einen Umlaufuntersetzungsmechanismus.
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Aufbau des
Gangauswahlmechanismus
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Der Gangauswahlmechanismus 13 bewegt die
Schaltgabel 12 in der Längsrichtung
oder Auswahlrichtung der Welle 11 und richtet die Schaltgabel 12 selektiv
auf die gewünschte
Schaltmuffe 10 aus. Der Gangauswahlmechanismus 13 weist
hauptsächlich
ein Außengewindeelement 31,
ein Innengewindeelement 32 und einen Elektromotor 33 auf.
Der zylindrische Teil des Außengewindeelements 31 ist
an der Außenseite
eines Endes der Welle 11 angeordnet, wobei Radiallager 35 und 36 dazwischen
angeordnet sind. Außengewinde 31b sind
an der Außenfläche des
zylindrischen Teils des Außengewindeelements 31 ausgebildet.
Die Drehwelle 33a des Elektromotors 33 ist mit
dem Endteil 31a des Außengewindeelements 31 gekoppelt.
Daher erfährt
das Außengewindeelement 31 eine
Drehbewegung, wenn sich der Elektromotor 33 dreht.
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Das Innengewindeelement 32 ist
ein zylindrisches Element. Innengewinde 32a sind an einer
Innenfläche
an einem Ende des Innengewindeelements 32 ausgebildet. Die Innengewinde 32a stehen mit
den Außengewinden 31b des
Außengewindeelements 31 in
Eingriff. Keilnuten 32b mit derselben Form wie die Keilnuten 12a der
Schaltgabel 12 sind auch an einem inneren Abschnitt eines Endes
des Innengewindeelements 32 entgegengesetzt zu den Innengewinden 32a ausgebildet.
Die Keilnuten 32b stehen mit den Keilnuten 11a der
Welle 11 in Eingriff. Ein Flansch 32c ist an der
Außenseite
des Endes des Innengewindeelements 32 entgegengesetzt zu
den Innengewinden 32a ausgebildet. Ein Haltering 61 ist in
einem vorgeschriebenen Abstand vom Flansch 32c in der Auswahlrichtung
befestigt.
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Ein Haltering 62 ist an
einem inneren Bereich der Schaltgabel 12 so befestigt,
dass er vom Kontaktteil 12d in der Auswahlrichtung um denselben
Abstand getrennt ist, wie der Haltering 61 vom Flansch 32c getrennt
ist. Zwei Zwischenlegscheiben 64 sind im ringförmigen Raum,
der vom Flansch 32c des Innengewindeelements 32, vom Kontaktteil 12d der Schaltgabel 12 und
den beiden Halteringen 61 und 62 umgeben ist,
angeordnet. Zwei entgegengesetzte Tellerscheiben 63 sind
zwischen den zwei Zwischenlegscheiben 64 angeordnet. Die
Anordnung der Zwischenlegscheiben und der Tellerscheiben dient als Dämpfer. Aufgrund
des Dämpfers
und eines Spalts S (siehe 2),
der zwischen dem Innengewindeelement 32 und der Schaltgabel 12 in
der Auswahlrichtung existiert, sind das Innengewindeelement 32 und die
Schaltgabel 12 derart miteinander gekoppelt, dass sie sich
relativ zueinander in der Auswahlrichtung über einen Abstand t bewegen
können.
Der Abstand t entspricht dem Ausmaß, um das die zwei Tellerscheiben 63 zusammengedrückt werden
können, und
ist vorzugsweise gleich der Größe des Spalts
S. Der Gangauswahlmechanismus 13 ist mit einem Sensor (nicht
dargestellt) versehen, der das Ausmaß feststellen kann, um das
sich die Schaltgabel 12 in der Auswahlrichtung bewegt.
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Betrieb des
Gangauswahlmechanismus
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Wenn sich der Elektromotor 33 als
Reaktion auf das Gangauswahlsignal von der Getriebe-ECU 52 dreht,
dreht sich mit Bezug auf 1 und 2 das Außengewindeelement 31,
das mit der Dreh welle 33a des Elektromotors 33 gekoppelt
ist, um die Welle 11 am Radiallager 37, das am
Gehäuse 45 befestigt ist.
Wenn dies geschieht, kann sich das Innengewindeelement 32,
das mit dem Aunengewindeelement 31 in Eingriff steht, nicht
drehen, da es an der Welle 11 drehfest gelagert ist, und
bewegt sich folglich in der axialen Richtung oder Auswahlrichtung
entlang der Welle 11. Wenn das Innengewindeelement 32 dann
die Tellerscheiben 63 mit einer Kraft zusammendrückt, die
die Kraft übersteigt,
mit der der Positionsmechanismus 20 die Schaltgabel 12 hält, bewegt
sich die Schaltgabel 12 axial in der Auswahlrichtung entlang
der Welle 11.
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Aufgrund von Trägheitseffekten stoppt der Elektromotor 33 nicht
sofort, wenn der Strom für
den Elektromotor 33 durch den Sensor, der das Ausmaß erfasst,
um das sich die Schaltgabel 12 bewegt hat, abgeschaltet
wird. Somit stoppt der Elektromotor 33, nachdem sich das Innengewindeelement 32 noch weiter
bewegt hat. Es ist erforderlich, dass diese Bewegung kurz ist, wobei
sie ungefähr
0,1 Sekunden dauert. Es ist im Allgemeinen schwierig, die Stopposition
des Innengewindeteils 32 unter Verwendung von herkömmlichen
Strukturen genau zu steuern. Bei der Gangwechselvorrichtung 4 dieses
Ausführungsbeispiels
sind jedoch die Nuten 11b in den Keilnuten 11a der
Welle 11 vorgesehen. Folglich wird die Schaltgabel 12 durch
den Positionierungsmechanismus 20, der die Kugel 21 und
die Feder 22 umfasst, gewaltsam in einer genauen Stopposition
gehalten. Es ist erforderlich, dass der Unterschied zwischen der
Stopposition des Innengewindeelements 32 und der genauen
Stopposition der Schaltgabel 12 innerhalb des Ausmaßes t liegt,
um das die zwei Tellerscheiben 63 zusammengedrückt werden
können, d.h.
der Größe t des
Spalts S in 2.
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Merkmale der Gangwechselvorrichtung
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sBei der Vorrichtung der vorliegenden
Erfindung ist ein Schneckenvorschubmechanismus, der das Außengewindeelement 31 und
das Innengewindeelement 32, die miteinander in Eingriff
stehen, umfasst, bezüglich
der Welle 11 koaxial angeordnet. Da der Schneckenvorschubmechanismus
koaxial bezüglich
der Welle 11 angeordnet ist, ist die Vorrichtung leichter
und kompakter als herkömmliche
Gangwechselvorrichtungen, bei denen eine elektrisch angetriebene
Kugelumlaufspindel oder ein anderer Gangauswahlmechanismus parallel,
aber nicht koaxial zur Welle 11 angeordnet ist. Da beide
Gewindeelemente 31 und 32 bezüglich der Welle 11 koaxial sind,
werden ungewollte Kräfte,
die durch den Gangauswahlmechanismus 13 auf die Schaltgabel 12 ausgeübt werden,
unterdrückt.
Diese ungewollten Kräfte umfassen
exzentrische Lasten, die auf die Schaltgabel 12 in einer
anderen Richtung als der Längsrichtung
der Welle 11 wirken. Wie in 2 gezeigt, übt das Innengewindeelement 32 kurz
gesagt eine Kraft gegen die Schaltgabel 12 in der Nähe eines
mittleren kreisförmigen
Abschnitts der Schaltgabel 12 aus. Daher sind die Kräfte, die
auf beide Gewindeelemente 31 und 32 und die Schaltgabel 12 wirken,
größtenteils
Zug- und Druckbelastungen. Folglich arbeitet die Gangwechselvorrichtung 4 zuverlässig und
ihre Haltbarkeit verbessert sich.
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Zweites Ausführungsbeispiel
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Wie in 2 zu
sehen, sind beim ersten Ausführungsbeispiel
das Innengewindeelement 32 und die Schaltgabel 12 mit
den Tellerscheiben 63 und den Zwischenlegscheiben 64,
die zwischen diesen angeordnet sind, gekoppelt. Wie in 3 zu sehen ist, ist es jedoch
auch möglich,
eine Struktur aufzugreifen, bei der keine Dämpferstruktur vorhanden ist und
das Innengewindeelement 32 und die Schaltgabel 12 nur
mit einem vorgeschriebenen Spalt zwischen diesen gekoppelt sind.
Bei diesem Ausführungsbeispiel
sind anstelle des Flanschs 32c, der in 2 gezeigt ist, Vorsprünge 32d, die in 3 gezeigt sind, an zwei
Orten am äußeren Teil
des Endes des Innengewindeelements 32 entgegengesetzt zu den
Innengewinden 32a ausgebildet. Die Vorsprünge 32d sind
in der Vertiefung 12e, die in der Schaltgabel 12 ausgebildet
ist, angeordnet. Kerben, durch die die Vorsprünge 32d hindurchtreten
können,
sind in der Wand 65 ausgebildet, die eine Vertiefung 12e bildet. Das
Innengewindeelement 32 wird mit der Schaltgabel 12 gekoppelt,
indem die Vorsprünge 32d durch die
Kerben in der Wand 65 hindurchtreten und die Vorsprünge 32d um
ein vorgeschriebenes Ausmaß gedreht
werden, nachdem sie in die Vertiefung 12e eingetreten sind.
Die Breite der Vertiefung 12e in der Auswahlrichtung ist
größer als
die Breite der Vorsprünge 32d in
der Auswahlrichtung. Daher ist das Innengewindeelement 32 mit
der Schaltgabel 12 mit einem vorgeschriebenen Spalt zwischen
diesen gekoppelt.
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Wenn sich der Elektromotor 33 als
Reaktion auf das Gangauswahlsignal von der Getriebe-ECU 52 dreht,
dreht sich das Außengewindeelement 31, das
mit der Drehwelle 33a des Elektromotors 33 gekoppelt
ist, um die Welle 11 am Radiallager 37, das am
Gehäuse 45 befestigt
ist. Wenn dies geschieht, kann sich das Innengewindeelement 32,
das mit dem Außengewindeelement 31 in
Eingriff steht, nicht drehen, da es an der Welle 11 drehfest
gelagert ist, und bewegt sich somit in der axialen Richtung oder
Auswahlrichtung entlang der Welle 11. Nachdem sich das
Innengewindeelement 32 über
eine Strecke gleich dem Spalt bewegt und die Vorsprünge 32d die Schaltgabel 12 berühren, dann
bewegt sich die Schaltgabel 12 axial in der Auswahlrichtung
entlang der Welle 11.
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Aufgrund von Trägheitseffekten stoppt der Elektromotor 33 nicht
sofort, wenn der Strom für
den Elektromotor 33 durch den Sensor, der das Ausmaß erfasst,
um das sich die Schaltgabel 12 bewegt hat, abgeschaltet
wird. Somit bewegt sich das Innengewindeelement 32 noch
weiter, bevor es stoppt. Es ist erforderlich, dass diese Bewegung
kurz ist, wobei sie ungefähr
0,1 Se kunden dauert. Unter Verwendung von herkömmlichen Strukturen ist es
im Allgemeinen schwierig, die Stopposition des Innengewindeteils 32 genau
zu steuern. Bei der Gangwechselvorrichtung 4 dieses Ausführungsbeispiels
sind jedoch die Nuten 11b in den Keilnuten 11a der
Welle 11 vorgesehen. Folglich wird die Schaltgabel 12 durch
den Positionierungsmechanismus 20, der die Kugel 21 und
die Feder 22 umfasst, gewaltsam in einer genauen Stopposition
gehalten. Es ist erforderlich, dass der Unterschied zwischen der
Stopposition des Innengewindeelements 32 und der genauen
Stopposition der Schaltgabel 12 kleiner ist als der Unterschied
zwischen der Breite der Vertiefung 12e in der Auswahlrichtung
und der Breite der Vorsprünge 32 in
der Auswahlrichtung.
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Drittes Ausführungsbeispiel
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Wie in 2 zu
sehen, wird beim ersten Ausführungsbeispiel
die Schaltgabel 12 durch Aufgreifen einer Struktur, bei
der die Welle 11 mit Nuten 11b versehen ist und
die Schaltgabel 12 mit dem Positionierungsmechanismus 20 versehen
ist, genau positioniert. Die Schaltgabel 12 kann auch durch
Aufgreifen der in 4 gezeigten
Struktur genau positioniert werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel
sind Nuten 12f in einem Bereich der Außenfläche der Schaltgabel 12 vorgesehen,
anstatt Nuten in der Welle 11 vorzusehen. Die Nuten 12f sind
in Positionen vorgesehen, in denen die Klaue 12b der Schaltgabel 12 in
die Kerbe von jeder der Schaltmuffen 10 eintritt. Ein Positionierungsmechanismus 120 ist
am Gehäuse 45 befestigt.
Insbesondere ist ein zylindrischer Halteteil in einem Bereich des
Gehäuses 45 ausgebildet,
der an der Außenseite
der Nuten 12f angeordnet ist. Ferner ist der Positionierungsmechanismus 120 innerhalb
des zylindrischen Raums 45a des Halteteils angeordnet.
Der Positionierungsmechanismus 120 umfasst eine Kugel 121,
einen Deckel 123 und eine Feder 122. Die Kugel 121 kann
in die Nuten 12f der Schaltgabel 12 eingreifen.
Der Deckel 123 ist am Ge häuse 45 befestigt.
Die Feder 122 befestigt die Kugel 121 und den
Deckel 123 elastisch. Der Positionierungsmechanismus 120 hält die Position
der Schaltgabel 12 in der Auswahlrichtung mit einer vorgeschriebenen
Kraft durch die Feder 122, die die Kugel 121 in
eine der Nuten 12f schiebt.
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Zusammenfassend betrifft die Erfindung
eine Gangwechselvorrichtung 4, um den Platz in einem motorisierten
Getriebe zu verringern. Die Gangwechselvorrichtung 4 umfasst eine
Welle 11, eine Schaltgabel 12, einen Gangauswahlmechanismus 13 und einen
Gangschaltmechanismus 14. Die Schaltgabel 12 ist
an der Welle 11 derart montiert, dass sie sich in Längsrichtung
bewegen kann, aber nicht relativ zur Welle 11 drehen kann.
Der Gangschaltmechanismus 14 schwenkt die Schaltgabel 12.
Der Gangauswahlmechanismus 13 bewegt die Schaltgabel 12 in
der Längsrichtung
der Welle 11 und richtet die Schaltgabel 12 auf
die gewünschte
Schaltmuffe 10 aus. Der Gangauswahlmechanismus 13 weist
ein Außengewindeelement 31,
einen Motor 33, der das Außengewindeelement 31 dreht,
und ein Innengewindeelement 32 auf. Das Außengewindeelement 31 ist
koaxial bezüglich
der Welle 11 angeordnet und kann sich relativ zur Welle 11 drehen.
Das Innengewindeelement 32 ist koaxial bezüglich der
Welle 11 angeordnet, steht mit dem Außengewindeelement 31 in
Eingriff und ist mit der Schaltgabel 12 gekoppelt.