Gemäß Fig. 1 weist ein Fahrzeug 1' in an sich bekannter Weise eine
Antriebseinheit 2', wie einen Motor oder eine Brennkraftmaschine auf. Weiterhin
sind im Antriebsstrang des Fahrzeuges 1' ein Drehmomentübertragungssystem
3' und ein Getriebe 4' angeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel ist das
Drehmomentübertragungssystem 3' im Kraftfluss zwischen Motor und Getriebe
angeordnet, wobei ein Antriebsmoment des Motors über das
Drehmomentübertragungssystem 3' an das Getriebe 4' und von dem Getriebe
4' abtriebsseitig an einer Abtriebswelle 5' und an eine nachgeordnete Achse 6'
sowie an die Räder 6a' übertragen wird.
Das Drehmomentübertragungssystem 3' ist als Kupplung, wie z. B. als
Reibungskupplung, Lamellenkupplung, Magnetpulverkupplung oder
Wandlerüberbrückungskupplung, ausgestaltet, wobei die Kupplung eine
selbsteinstellende oder eine verschleißausgleichende Kupplung sein kann.
Das Drehmomentübertragungssystem 3' kann weiterhin als Anfahrkupplung
und/oder Wendesatzkupplung zur Drehrichtungsumkehr und/oder
Sicherheitskupplung mit einem gezielt ansteuerbaren übertragbaren
Drehmoment ausgestaltet sein. Das Drehmomentübertragungssystem 3' kann
eine Trockenreibungskupplung oder eine nass laufende Reibungskupplung
sein, die beispielsweise in einem Fluid läuft. Ebenso kann sie ein
Drehmomentwandler sein.
Das Drehmomentübertragungssystem 3' weist eine Antriebsseite 7' und eine
Abtriebsseite 8' auf, wobei ein Drehmoment von der Antriebsseite 7' auf die
Antriebsseite 8' übertragen wird, indem z. B. die Kupplungsscheibe 3a' mittels
der Druckplatte 3b', der Tellerfeder 3c' und dem Ausrücklager 3e' sowie dem
Schwungrad 3d' kraftbeaufschlagt wird. Zu dieser Beaufschlagung wird der
Ausrückhebel 20' mittels eines mechanischen Ausrücksystems, z. B. einem
Aktor, betätigt.
Die Ansteuerung des Drehmomentübertragungssystem 3' erfolgt mittels einer
Steuereinheit 13', wie ein Steuergerät, welches die Steuerelektronik 13a' und
den Aktor 13b' umfassen kann. In einer anderen vorteilhaften Ausführung
können den Aktor 13b' und die Steuerelektronik 13a' auch in zwei
unterschiedlichen Baueinheiten, wie Gehäusen, angeordnet sein.
Die Steuereinheit 13' kann die Steuer- und Leistungselektronik zur Ansteuerung
des Antriebsmotors 12' des Aktors 13b' enthalten. Dadurch kann beispielsweise
vorteilhaft erreicht werden, dass das System als einzigen Bauraum den
Bauraum für den Aktor 13b' mit Elektronik benötigt. Der Aktor 13b' besteht aus
dem Antriebsmotor 12', wie z. B. einem Elektromotor, wobei der Elektromotor
12' über ein Getriebe, wie z. B. ein Schneckengetriebe oder ein Stirnradgetriebe
oder ein Kurbelgetriebe oder ein Gewindespindelgetriebe, auf einen
Geberzylinder 11' wirkt. Diese Wirkung auf den Geberzylinder 11' kann direkt
oder über ein Gestänge erfolgen.
Die Bewegung des Ausgangsteiles des Aktors 13b', wie z. B. des
Geberzylinderkolbens 11 a', wird mit einem Kupplungswegsensor 14' detektiert,
welcher die Position oder Stellung oder die Geschwindigkeit oder die
Beschleunigung einer Größe detektiert, welche proportional zur Position bzw.
Einrückposition respektive der Geschwindigkeit oder Beschleunigung der
Kupplung ist. Der Geberzylinder 11' ist über eine Druckmittelleitung 9', wie z. B.
Hydraulikleitung, mit dem Nehmerzylinder 10' verbunden. Das
Ausgangselement 10a' des Nehmerzylinders ist mit dem Ausrückmittel 20', z. B.
einem Ausrückhebel, wirkverbunden, so dass eine Bewegung des
Ausgangsteiles 10a' des Nehmerzylinders 10' bewirkt, dass das Ausrückmittel
20' ebenfalls bewegt oder verkippt wird, um das von der Kupplung 3'
übertragbare Drehmoment anzusteuern.
Der Aktor 13b' zur Ansteuerung des übertragbaren Drehmoments des
Drehmomentübertragungssystem 3' kann druckmittelbetätigbar sein, d. h., er
kann einen Druckmittelgeber- und Nehmerzylinder aufweisen. Das Druckmittel
kann beispielsweise ein Hydraulikfluid oder ein Pneumatikmedium sein. Die
Betätigung des Druckmittelgeberzylinders kann elektromotorisch erfolgen,
wobei der als Antriebselement 12' vorgesehene Elektromotor elektronisch
angesteuert werden kann. Das Antriebselement 12' des Aktors 13b' kann neben
einem elektromotorischen Antriebselement auch ein anderes, beispielsweise
druckmittelbetätigtes Antriebselement sein. Weiterhin können Magnetaktoren
verwendet werden, um eine Position eines Elementes einzustellen.
Bei einer Reibungskupplung erfolgt die Ansteuerung des übertragbaren
Drehmomentes dadurch, dass die Anpressung der Reibbeläge der
Kupplungsscheibe zwischen dem Schwungrad 3d' und der Druckplatte 3b'
gezielt erfolgt. Über die Stellung des Ausrückmittels 20', wie z. B. einer
Ausrückgabel oder eines Zentralausrückers kann die Kraftbeaufschlagung der
Druckplatte 3b' respektive der Reibbeläge gezielt angesteuert werden, wobei
die Druckplatte 3b' dabei zwischen zwei Endpositionen bewegt und beliebig
eingestellt und fixiert werden kann. Die eine Endposition entspricht einer völlig
eingerückten Kupplungsposition und die andere Endposition einer völlig
ausgerückten Kupplungsposition. Zur Ansteuerung eines übertragbaren
Drehmomentes, welches beispielsweise geringer ist als das momentan
anliegende Motormoment, kann beispielsweise eine Position der Druckplatte
3b' angesteuert werden, die in einem Zwischenbereich zwischen den beiden
Endpositionen liegt. Die Kupplung kann mittels der gezielten Ansteuerung des
Ausrückmittels 20' in dieser Position fixiert werden. Es können aber auch
übertragbare Kupplungsmomente angesteuert werden, die definiert über den
momentan anstehenden Motormomenten liegen. In einem solchen Fall können
die aktuell anstehenden Motormomente übertragen werden, wobei die
Drehmoment-Ungleichförmigkeiten im Antriebsstrang in Form von
beispielsweise Drehmomentspitzen gedämpft und/oder isoliert werden.
Zur Ansteuerung des Drehmomentübertragungssystems 3' werden weiterhin
Sensoren verwendet, die zumindest zeitweise die relevanten Größen des
gesamten Systems überwachen und die zur Steuerung notwendigen
Zustandsgrößen, Signale und Messwerte liefern, die von der Steuereinheit
verarbeitet werden, wobei eine Signalverbindung zu anderen Elektroeinheiten,
wie beispielsweise zu einer Motorelektronik oder einer Elektronik eines
Antiblockiersystems (ABS) oder einer Antischlupfregelung (ASR) vorgesehen
sein kann und bestehen kann. Die Sensoren detektieren beispielsweise
Drehzahlen, wie Raddrehzahlen, Motordrehzahlen, die Position des Lasthebels,
die Drosselklappeinstellung, die Gangposition des Getriebes, eine Schaltabsicht
und weitere fahrzeugspezifische Kenngrößen.
Die Fig. 1 zeigt, dass ein Drosselklappensensor 15', ein Motordrehzahlsensor
16', sowie ein Tachosensor 17' Verwendung finden können und Messwerte
bzw. Informationen an das Steuergerät 13' weiterleiten. Die Elektronikeinheit,
wie z. B. Computereinheit, der Steuerelektronik 13a' verarbeitet die
Systemeingangsgrößen und gibt Steuersignale an den Aktor 13b' weiter.
Das Getriebe ist als z. B. Stufenwechselgetriebe ausgestaltet, wobei die
Übersetzungsstufen mittels eines Schalthebels 18' gewechselt werden oder das
Getriebe mittels dieses Schalthebels 18' betätigt oder bedient wird. Weiterhin ist
an dem Schalthebel 18' des Handschaltgetriebes zumindest ein Sensor 19b'
angeordnet, welcher die Schaltabsicht und/oder die Gangposition detektiert und
an das Steuergerät 13' weiterleitet. Der Sensor 19a' ist am Getriebe angelenkt
und detektiert die aktuelle Gangposition und/oder eine Schaltabsicht. Die
Schaltabsichtserkennung unter Verwendung von zumindest einem der beiden
Sensoren 19a', 19b' kann dadurch erfolgen, dass der Sensor ein Kraftsensor
ist, welcher die auf den Schalthebel 18' wirkende Kraft detektiert. Weiterhin
kann der Sensor aber auch als Weg- oder Positionssensor ausgestaltet sein,
wobei die Steuereinheit aus der zeitlichen Veränderung des Positionssignals
eine Schaltabsicht erkennt.
Das Steuergerät 13' steht mit allen Sensoren zumindest zeitweise in
Signalverbindung und bewertet die Sensorsignale und Systemeingangsgrößen
in der Art und Weise, dass in Abhängigkeit von dem aktuellen Betriebspunkt die
Steuereinheit Steuer- oder Regelungsbefehle an den zumindest einen Aktor
13b' ausgibt. Der Antriebsmotor 12' des Aktors 13b', z. B. ein Elektromotor,
erhält von der Steuereinheit, welche die Kupplungsbetätigung ansteuert, eine
Stellgröße in Abhängigkeit von Messwerten und/oder Systemeingangsgrößen
und/oder Signalen der angeschlossenen Sensorik. Hierzu ist in dem
Steuergerät 13' ein Steuerprogramm als Hard- und/oder Software
implementiert, das die eingehenden Signale bewertet und anhand von
Vergleichen und/oder Funktionen und/oder Kennfeldern die Ausgangsgrößen
berechnet oder bestimmt.
Das Steuergerät 13' hat in vorteilhafter Weise eine
Drehmomentbestimmungseinheit, eine Gangpositionsbestimmungseinheit, eine
Schlupfbestimmungseinheit und/oder eine
Betriebszustandsbestimmungseinheit implementiert oder es steht mit zumindest
einer dieser Einheiten in Signalverbindung. Diese Einheiten können durch
Steuerprogramme als Hardware und/oder als Software implementiert sein, so
dass mittels der eingehenden Sensorsignale das Drehmoment der
Antriebseinheit 2' des Fahrzeuges 1', die Gangposition des Getriebes 4 sowie
der Schlupf, welcher im Bereich des Drehmomentübertragungssystem 3'
herrscht und der aktuelle Betriebszustand des Fahrzeuges 1' bestimmt werden
können. Die Gangpositionsbestimmungseinheit ermittelt anhand der Signale der
Sensoren 19a' und 19b' den aktuell eingelegten Gang. Dabei sind die Sensoren
19a', 19b' am Schalthebel und/oder an getriebeinternen Steilmitteln, wie
beispielsweise einer zentralen Schaltwelle oder Schaltstange, angelenkt und
diese detektieren, beispielsweise die Lage und/oder die Geschwindigkeit dieser
Bauteile. Weiterhin kann ein Lasthebelsensor 31' am Lasthebel 30', wie z. B. an
einem Gaspedal, angeordnet sein, welcher die Lasthebelposition detektiert. Ein
weiterer Sensor 32' kann als Leerlaufschalter fungieren, d. h. bei betätigtem
Lasthebel 30' bzw. Gaspedal ist dieser Leerlaufschalter 32' eingeschaltet und
bei nicht betätigtem Lasthebel 30' ist er ausgeschaltet, so dass durch diese
digitale Information erkannt werden kann, ob der Lasthebel 30' betätigt wird.
Der Lasthebelsensor 31' detektiert den Grad der Betätigung des Lasthebels 30'.
Die Fig. 1 zeigt neben dem Lasthebel 30' und den damit in Verbindung
stehenden Sensoren ein Bremsenbetätigungselement 40' zur Betätigung der
Betriebsbremse oder der Feststellbremse, wie z. B. Bremspedal, einen
Handbremshebel oder ein hand- oder fußbetätigtes Betätigungselement der
Feststellbremse. Zumindest ein Sensor 4' ist an dem Betätigungselement 40'
angeordnet und überwacht dessen Betätigung. Der Sensor 41' ist
beispielsweise als digitaler Sensor, wie z. B. als Schalter, ausgestaltet, wobei
dieser detektiert, dass das Betätigungselement 40' betätigt oder nicht betätigt
ist. Mit dem Sensor 41' kann eine Signaleinrichtung, wie z. B. eine
Bremsleuchte, in Signalverbindung stehen, welche signalisiert, dass die Bremse
betätigt ist. Dies kann sowohl für die Betriebsbremse als auch für die
Feststellbremse erfolgen. Der Sensor 41' kann jedoch auch als analoger
Sensor ausgestaltet sein, wobei ein solcher Sensor, wie beispielsweise ein
Potentiometer, den Grad der Betätigung des Bremsbetätigungselements 41'
ermittelt. Auch dieser Sensor kann mit einer Signaleinrichtung in
Signalverbindung stehen.
Im folgenden wird eine Elektronikeinheit für einen Getriebemotor, insbesondere
einen ASG-Getriebemotor, näher erläutert.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin Elektronikeinheiten mit
unterschiedlichem Aufbau so auszugestalten, dass sie am Motor angebracht
werden können, ohne dass der Baukasten der heutigen Getriebemotoren
verändert werden muss.
Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch die Möglichkeit der
Anbringung von verschiedenen Elektronikeinheiten an ein und demselben ASG-
Getriebemotor sowohl teil-intelligente Getriebemotoren als auch ein Konzept für
einen low-cost Kupplungssteller möglich sind.
Gemäß Fig. 2 wird die Elektronikeinheit erfindungsgemäß auf den
vorhandenen Motorstecker aufgesteckt und am Ende des Poltopfes auf den
Kugellagersitz aufgepresst, um eine ausreichende Festigkeit insbesondere
gegen Schwingungen zu erzielen.
Als Steckkontakte werden dabei vorzugsweise eine Buchse und ein Stecker
verwendet, wie sie auch schon am Getriebemotor bzw. am ASG-Kabelbaum
zum Einsatz kommen. Der Getriebemotor kann somit vollständig unverändert
bleiben.
Vorteilhafterweise ist es dadurch möglich beispielsweise die gesamte
Leistungselektronik für einen Motor dezentral anzuordnen. Heutige Probleme -
wie zum Beispiel. Die elektromechanische Verträglichkeit EMV (starke
Abstrahlung durch getaktete Ansteuerung der Motoren) - können auf diese Art
gelöst werden.
Nachfolgend wird im Zusammenhang mit den Fig. 3 bis 5 ein federnd
gelagerter Schaltfinger zur Betätigung eines Ventilkolbens zur Einstellung von
Fahrzuständen näher erläutert.
Die Aufgabe der Erfindung besteht dabei darin, im Fahrzeug eine zusätzliche
Wählhebelposition ohne konstruktive Anpassung der hydraulischen Steuerung
hinzuzufügen.
Eine drehbar gelagerte Welle W wird, gemäß den Fig. 3 bis 5 je nach
gewähltem Fahrzustand, in eine vorgegebene Winkelposition gedreht
(Gangstellungen P, R, N, D, S). Ein daran befestigter Schaltfinger F macht
diese Bewegung mit und schiebt einen Ventilkolben V hin und her, je nach
Winkelstellung des Schaltfingers F. Der Bauraum reicht jedoch nicht aus, um
eine Bewegung des Ventilkolbens V von Stellung "D" in Stellung "S"
zuzulassen; der Kolben V stößt vor Erreichen der Endlage am Gehäuse an
(Fig. 5).
Während die Drehbewegung der Schaltwelle zwingend notwendig ist, um die
Gangstellung zu detektieren, ist dies beim Ventilkolben nicht der Fall. Die
benachbarten Ventilstellungen D und S unterscheiden sich bezüglich der
hydraulischen Funktion nicht voneinander. Somit ist es nicht notwendig, dass
die Drehbewegung der Schaltwelle von D in S auf den Ventilkolben übertragen
wird, was einen größeren axialen Bauraum bedeuten würde.
Durch die vorliegende Erfindung wird eine zusätzliche Wählhebelstellung "S" zu
den bisherigen Positionen P, R, N, D ohne konstruktive Änderung von Bauteilen
außer der Schaltwelle, hinzugefügt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Schaltfinger F in einer
Drehrichtung federnd gelagert, sodass beim Verstellen von Position D in S der
Schaltfinger einfedert, sobald der Ventilkolben V seinen Anschlag erreicht.
Die erzielbaren Vorteile
- - geringerer Bauraumbedarf
Die Steuerkanten des Ventilkolbens müssen nicht
für die Stellung S angepasst werden.
Die nachfolgend im Zusammenhang mit der Fig. 6 beschriebene
Ausgestaltung der Erfindung befasst sich mit der Referenzfahrt einer
Getriebeaktorik bei eingelegtem Gang.
Bei XSG Getrieben bzw. automatisierten Schaltgetrieben (z. B. ASG =
automatisches Schaltgetriebe, PSG = Parallelschaltgetriebe etc.) der
Anmelderin ist es häufig notwendig, die Aktorik regelmäßig oder unregelmäßig
(etwa im Fehlerfall oder im vermuteten Fehlerfall) gegen bestimmte
Referenzpunkte zu fahren. Dieses Anfahren der Referenzpunkte dient zum
Abgleich der Sensorik, insbesondere inkrementeller Wegsensorik. Weiterhin
kann dieses Anfahren der Referenzpunkte "tastend" erfolgen, ein Vorgang bei
dem davon ausgegangen wird, dass die exakte Position der Aktorik innerhalb
des zur Verfügung stehenden Bewegungsraumes (i. d. R. H-Schaltbild eines
mechanischen Schaltgetriebes) nicht bekannt ist.
Die Referenzpunkte sind i. d. R. so gelegt, dass sie innerhalb der Neutralgasse
angefahren werden können, also dass kein Gang geschaltet werden muss bzw.
geschaltet ist. Bei konventionellen, automatisierten Handschaltgetrieben wird
bei diesem Tastvorgang i. d. R. automatisch Neutral eingelegt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, diesen Abgleich ohne das Auslegen
des aktuell eingelegten Ganges durchzuführen.
Erfindungsgemäß wird zum einen vorgeschlagen, die Schaltmäuler in den
Schaltstangen so auszuführen, dass die Aktorik beim Fahren in die
Neutralgasse nicht notwendigerweise die Schaltgabel mitbewegt. So kann die
Neutralgasse erreicht werden, ohne dass der aktuelle Gang ausgelegt wird.
Zum anderen wird vorgeschlagen, die genannte Tastroutine in Kombination mit
den genannten Schaltmaulgeometrien regelmäßig oder unregelmäßig (im
vermuteten Fehlerfall) anzustoßen.
Der wesentliche Vorteil besteht darin, dass bei eingelegtem Gang, damit also
für den Fahrer, unmerklich eine Referenzierung/Abgleich der Getriebeaktorik
bzw. deren Meßsystem erfolgen kann.
In der Fig. 6 sind schematisch drei Schaltstangen mit ihren Schaltmäulern
dargestellt. Gleichzeitig ist angedeutet, in welcher Gasse sich der Schaltfinger
bewegen kann, unabhängig davon, ob ein Gang geschaltet ist oder nicht (N).
Wird aus dieser Situation nun eine Referenzfahrt angestoßen, kann der
Schaltfinger sich seitlich in Richtung N-Gasse bewegen und dabei gleichzeitig
periodisch nach oben und unten tasten, bis ein Widerstand spürbar ist. Falls
dieser Widerstand wegfällt, der Schaltfinger sich also in diesem Fall nach oben
über die gesamten Neutralgassenbreite bewegen kann (und gegebenenfalls an
den gegenüberliegenden Referenzpunkt, hier unten in der Neutralgasse), kann
bereits ein Abgleich in Wählrichtung erfolgen. Der abschließende Abgleich in
Schaltrichtung kann z. B. in einer extra dafür ausgesehenen Aussparung, in der
Fig. 6 oben dargestellt, durchgeführt werden. Nach der Referenzierung fährt
der Schaltfinger wieder in seine Position vor der Referenzfahrt zurück. Über
geeignete Logiken muss bei einem unbekannten Startpunkt festgelegt werden,
in welche Schaltrichtung die initiale Bewegung erfolgen soll.
Eine Rastierung der einzelnen Schaltstangen ist hilfreich oder notwendig, um
den zuletzt eingelegten Gang auch dann eingespurt zu halten, wenn der
Schaltfinger nicht für eine Arretierung der Schaltstange sorgt.
Diese Ausgestaltung ist insbesondere bei automatisierten Schaltgetrieben ASG
und bei Parallelschaltgetrieben PSG mit Interlock anwendbar.
Es wird nachfolgend eine Schalt-/Wählentkopplung durch
Kronenradverzahnung erläutert.
Gemäß der Aufgabe der Erfindung soll eine Schalt-/Wählkinematik entworfen
werden, die durch Gebrauch einer Kronenradverzahnung Bauraum und Kosten
optimiert.
Eine immer wiederkehrende Aufgabenstellung ist, die Unabhängigkeit zwischen
Schalt- und Wählbewegung herzustellen, die bei den meisten Getrieben durch
eine zentrale Schaltwelle zusammengeführt werden. Dies kann mittels der
sogenannten Kronenradverzahnung erreicht werden. Im konkreten Fall geht es
um die Entwicklung einer ASG-Alternative, deren Aktorik sich aus mehreren
aufwendigen Bauteilen, vor allem aus eng tolerierten Blechteilen und einem
teueren Schaltfingersegment zusammensetzt. Nach dem grundsätzlichen
Verständnis dieser Verzahnung und ihren verschiedenen möglichen Varianten
besteht das Hauptproblem in der konkreten Überführung der
Verzahnungsgeometrie ins CAD-System.
Es sind die folgenden Zahnräder bekannt.
Allgemeine Evolventenverzahnungen
Die Vielfalt der Evolventenverzahnungen kann man in zwei große Gruppen
einteilen. Bei der einen ("Teilungskonstante Verzahnungen") bleibt die Teilung
über die Zahnbreite konstant (z. B. übliche Stirnradverzahnungen). Bei der
anderen ("Teilungsvariable Verzahnungen") verändert sie sich (z. B.
Kegelradverzahnungen).
In der gängigen Praxis werden für parallele Achsen Stirnradverzahnungen, für
sich schneidende Achsen Kegelradverzahnungen verwendet. Für gekreuzte
Achsen werden sowohl teilungskonstante Zahnräder (Schnecken,
Schneckenräder, Schraubräder) als auch teilungsvariable Zahnräder (z. B.
Kegelräder) eingesetzt. Jedoch können nicht nur für parallele, sondern auch für
sich schneidende und gekreuzte Achsen teilungskonstante Zahnräder
verwendet werden. Sie haben bezüglich der Fertigung und der
Achslagentolerierung die Vorteile der Stirnradverzahnungen und können große
Drehmomente übertragen. Die verschiedenen Achslagen werden durch zwei
Größen festgelegt, nämlich durch den Achswinkel Σ und die Achsversetzung a,
den kürzesten Abstand zweier sich kreuzender Achsen (siehe Fig. 7).
Kronenzahnräder
Ein Kronenzahnrad ist der Spezialfall eines konischen Zahnrades, wenn der
Konuswinkel bzw. der Achswinkel Σ bei der Erzeugung gleich 90° ist.
Besondere Merkmale sind:
Die Zähne stehen auf der senkrecht zur Radachse liegenden Stirnfläche des
Radkörpers. Sie haben gleichen Modul, aber verschiedene Eingriffswinkel
entlang der Zahnbreite.
Die Verzahnung bildet den Übergang von der konischen Außenverzahnung zu
der konischen Innenverzahnung im vereinheitlichten Verzahnungssystem.
In der Fig. 8 bedeuten: Zeile 1: kein Achsversatz, Geradverzahnung Zahn
ist symmetrisch und nicht unterschnitten, Zeile 2: kein Achsversatz,
Schrägverzahnung → Zahn am kleinen Halbmesser unterschnitten, Zeile 3:
Achsversatz, Geradverzahnung → Zahn am kleinen Halbmesser unterschnitten,
Zeile 4: Bei richtiger Kombination von Achsversatz und Schrägungswinkel
können Links- und Rechtsflanken nahezu symmetrisch werden.
Mögliche Verwendung der Kronradverzahnung beim ASG (Automatischen
Schaltgetriebe)
Beim ASG könnte man eine Kronenradverzahnung in doppelter Ausführung
anwenden, um entkoppelt die erforderlichen Bewegungen der Schalt-
/Wählkinematik von den Getriebemotoren zum Schaltfinger zu übertragen. Das
entscheidende Bindeglied wäre also ein Teilsegment eines Kronenrades, das
als Antrieb direkt das Ritzel eines Schaltmotors hat. Als Abtrieb könnte ein
Hebel fungieren, der z. B. als ≍ 1 : 1-Übersetzung auf der einen Seite (also in
Verbindung mit dem Kronenrad) einen oder mehrere gewöhnliche
Evolventenzähne und auf der anderen Seite (im Eingriff mit dem Schaltmaul)
die Form des Original-Schaltfingers des Getriebes hat. Die Fig. 9 zeigt eine
mögliche Anordnung der Kinematik als ASG-Anwendung.
Bei der Schaltbewegung, hier die Drehbewegung um die Kronenradachse (6)
überträgt zunächst das Schaltmotorritzel (8) seine Drehbewegung über die
erste Kronenverzahnung (3) auf das Kroneradsegment (1), das durch seine
Achse (6) im Lagerschlitten (5) gelagert ist. Über die zweite
Kronenradverzahnung (4) des Segments wird die Bewegung dann auf den
Schaltfinger (2) übertragen, der auf der Schaltflngerachse (7)(entspricht der
ZSW), und damit ebenfalls im Lagerschlitten (5) gelagert ist. Die
Wählbewegung vollzieht sich entlang der Schaltflngerachse (7). Dabei muss die
gesamte Anordnung (ohne Schaltmotor-Ritzel) über eine erst in der Fig. 10
beispielhaft dargestellte Kinematik verschoben werden. Diese Kinematik könnte
z. B. wie hier durch eine weitere, mit dem Lagerschlitten (5) verbundene,
Verzahnung (9) realisiert werden. Der Eingriff (Kräfte, Übersetzung) vom
stationären Schaltmotorritzel mit dem (durch das Wählen) verschobenen
Kronenradsegment wird durch diese Verschiebung nicht beeinflusst. Somit sind
Schalt- und Wählbewegung durch das Gleiten zwischen Ritzel und Segment
vollständig voneinander entkoppelt. Die sekundäre (= Schaltfinger-) Verzahnung
(4) kann bezogen auf die Kronenradachse (6) der primären Verzahnung (3)
auch gegenüber positioniert sein, jedoch nicht in beliebiger Winkelposition
(Schaltfingerachse (7) muss parallel zur Schaltmotor-Ritzelachse liegen). Zum
besseren Verständnis wird im folgenden (siehe Fig. 10) dieselbe Kinematik,
aber mit Anbindung der Getriebemotoren und angewendet an den
Getriebeflansch gezeigt.
Vorteile
Weitere Variante der vollständigen Entkopplung von Schalten und Wählen
(s. o.).
Unabhängigkeit zwischen axialer Lagerung des Schaltmotor- bzw. SM-Ritzels
zu dessen Abrieb (Segment), d. h. toleranzunempfindliches Maß zwischen der
Anschraubfläche des Schaltmotors und der restlichen Kinematik/Schaltfinger.
Es sind keine speziellen Verzahnungsmaschinen notwendig, gleiche Maschinen
wie für Stirnräder.
Gewinn von Freiheitsgraden bei der Anordnung der ASG-Getriebemotoren.
Dadurch vorteilhafterweise Raumgewinn inner- und außerhalb des
Aktorgehäuses.
Geeignete Kombination der beiden theoretisch voneinander unabhängigen
Kronenverzahnungen ermöglicht ein variables Erreichen der gewünschten
Gesamtübersetzung.
Probleme
Durch die zusätzlichen Getriebestufe vergrößert sich die Anzahl der Bauteile.
Der Lagerschlitten ist ein relativ komplexes Bauteil wegen der verschiedenen
Lagerungen, der Anbindung der Wählkinematik und der erforderlichen
Gleitflächen, auf denen er im Gehäuse bewegen und abgestützt werden muss.
Es ist eine komplizierte Auswahl der Sekundärverzahnung notwendig, wegen
der Kombination der Verzahnungsgeometrie, der Übersetzung und dem
vergleichsweise geringen Anteil der nutzbaren Zahnbreite bei einer
Kronenradverzahnung (Erklärung siehe unten).
Gewinn der Freiheitsgrade steigt mit Komplexität der Verzahnung
(Schrägverzahnung/Achsversatz).
Durch das "Flacherwerden" der Kronenradflanken in Richtung Segment außen
wirken große axiale Kräfte auf die Segmentlagerung sowie auf den gesamten
Lagerschlitten.
Darstellung der Geometrie in Pro/Engineer
Von den verschiedenen, in Fig. 8, dargestellten Möglichkeiten von
Kronenradverzahnungen wurde bisher nur die erste, d. h. ohne Achsversatz und
mit Geradverzahnung genauer untersucht und erfolgreich in Pro/E modelliert.
Kleine Unklarheiten, z. B. bezüglich der Übersetzung der
"Sekundärkronenverzahnung" müssen noch ausgeräumt werden, was
möglicherweise von der Parametersteuerung des Programms herrührt. Die
entscheidenden Parameter werden durch ein sogenanntes Layout gesteuert,
sodass Änderungen von Geometrie und Übersetzungen zentral für die ganze
Baugruppe vorgenommen werden können. Diese Layout-Steuerung kann
weiterentwickelt und damit auf noch mehr Konstruktionselemente der
Baugruppe angewendet werden, eine Sicherstellung der beliebigen
Veränderbarkeit kann man jedoch nicht erreichen, was bedeutet, dass z. B. bei
größeren Änderungen das Bauteil nicht mehr regeneriert werden kann.
Die Entstehung der Flanken kann man sich als das Aufwickeln einer
gewöhnlichen Zahnstange um eine zur Verzahnungsebene senkrecht stehende
Achse vorstellen. An einem Querschnitt senkrecht zur Zahnbreite stellen sich
die Flanken also wie bei einer Zahnstange als zwei sich schneidende Geraden
dar. Wie in den Fig. 8 und 13 ersichtlich werden die Geraden zur
Segmentdrehachse hin steiler, und ihr Schnittpunkt wandert nach oben. Zur
Außenseite hin werden sie flacher, und der Schnittpunkt wandert nach unten
(Richtung Zahngrund).
Vorgehensweise für die Modellierung
Modelliert wird hier beim Kronenzahnrad die Zahnlücke, damit diese später aus
dem Segment herausgeschnitten werden kann. Was also im folgenden als
Zahnspitze bezeichnet wird, ist in Wahrheit die Zahnspitze des Partners (Ritzel)
und entspricht sozusagen der "Zahnlückenspitze" des Kronenrades. Für das
Verständnis der Modellierung hat dies allerdings keine Auswirkung. Zunächst
wird die Flankengerade durch zwei Punkte definiert. Punkt 1 ist die Zahnspitze,
also der Schnittpunkt der beiden in einem Querschnitt zusammengehörigen
Flankengeraden. Als zweiter Punkt wurde der Berührpunkt der Flankegerade
mit dem entsprechenden (hier konstanten) Profil der Gegenflanke (Ritzel)
gewählt. Über die gesamte Zahnbreite gesehen ergeben diese beiden
Punktemengen zwei Kurven, eine Zahnspitzenkurze z(R) und eine Berührkurve
b(R). R verkörpert den Abstand des jeweiligen Zahnquerschnitts von der
Kronenraddrehachse und ersetzt in der Herleitung der Funktionen den zuvor als
Laufvariable entlang der Zahnbreite eingeführten Winkel α. In der folgenden
Graphik der Fig. 11 werden die Eingangsgrößen des Ritzels sowie die
Grundlage für die erforderlichen Gleichungen dargestellt.
Erklärung der Bezeichnungen der Fig. 11
Funktionen
z(R): Folge aller Zahnspitzenpunkte
b(R): Folge aller Berührpunkte
t(R): Folge aller Tangentenpunkte (der Eingriffsnormalen an den Grundkreis)
(alle Funktionen von R gehen entlang der Zahnbreite)
Vom Ritzel stammende Eingangsgrößen
rb: Grundkreisradius
Ψ: Winkel zwischen Zahnmittenebene und Evolventenstartpunkt
Parameter
α: Laufvariable
ZP: Zahnspitze
BP: Berührpunkt
WP: Wälzpunkt
TP: Tangentenpunkt
Δ: Steigung der Wälzgeraden ~ Übersetzung i = tan(Δ) = R/r
Herleitung der Gleichungen
Anmerkung: Die folgenden Gleichungen sind bezogen auf ein kartesisches
Koordinatensystem, das später in
Fig.
12 dargestellt wird.
1. Zahnspitzenkurve
Die Kurve z(R) liegt in der Zahnmittenebene = > z = 0
x entspricht der Laufvariablen R
y entspricht somit direkt der Funktion z(R) und dem Abstand von der
Ritzelachse.
Im Pro/E Gleichungseditor sieht das folgendermaßen aus, wobei eine weitere
Laufvariable t eingeführt werden muss, um den Definitions- und hier in diesem
Fall auch den Funktionsbereich abzugrenzen:
Die weiteren bisher nicht bekannten (RB1, PSI1, I1) haben ihren
Ursprung im sogenannten Layout der Verzahnungsbaugruppe und mussten
eingeführt werden, damit mehrfach gebrauchte Parameter global in allen
Komponenten verwendet werden können. Die Indizes 1 und 2 beziehen sich auf
die erste und zweite Kronenradverzahnung. Die korrigierten Definitionsgrenzen
/PMAX1, RMAX1K, RMIN1K) verhindern, dass das Programm keine
Rechenprobleme bekommt in Bereichen, in denen die Kurve zu steil wird, und
dass sie sich nicht mit der folgenden beschriebenen Berührpunktkurve
schneidet. Die Umrechnungsfaktoren pi und 180° werden von Pro/E benötigt,
da es nicht im Bogenmaß rechnen kann.
Berührpunktskurve
Die Kurve b(R) liegt nicht in einer Ebene, weshalb alle Koordinaten benötigt
werden.
x entspricht wieder der Laufvariablen R
In Pro/E
Die Berührpunktskurve muss dann noch an der Zahnmittenebene gespiegelt
werden, um die Gegenflanke zu erhalten.
Diese Kurven sehen in Pro/E dann wie in Fig. 12 dargestellt aus.
In Fig. 12 werden die oben mathematisch beschriebenen Kurven bezogen auf
das Koordinatensystem "CS-Orientierung" dargestellt. Die untere Leitkurve hat
zahngeometrisch keine Bedeutung und wird nur zur Flächenerstellung der
Zahnflanken benötigt. Für die Modellierung müssen alle Kurven bezüglich des
KS die gleiche Erstreckung in x-Richtung haben. Die Fig. 13 zeigt weitere
Zwischenschritte der Verzahnungsmodellierung. Fig. 13a stellt die erste
Fläche dar, die durch einen variabel gezogenen Schnitt entsteht. Fig. 13b
zeigt die "Fußfläche" sowie die Gegenflanke, die beide schon mit der ersten
Flanke verschmolzen sind. In Fig. 13c wurden die bemusterten
Sammelflächen schon aus dem Material herausgeschnitten. Weitere Details
sowie die zweite Kronenradverzahnung sind aus dem aktuellen Modell
herauszulesen.
Im folgenden wird noch das Layout gezeigt, aus dem die verschiedenen
Parameter geändert und dann an die Baugruppe (Skelettteil, Bauteile,
Einbaubedingungen) übergeben werden können.
In den Layout-Beziehungen sind Formeln verankert, die mit Hilfe der Eingaben
weitere Variable berechnen, welche dann wiederum direkt in die
Konstruktionselemente aller Baugruppenkomponenten (Teil, Skelettteil,
Einbaubedingungen) eingehen. Hier als Beispiel die Beziehungen des Layouts:
I2 = I/I1 (Übersetzungen)
WKRONRAD = WSF/I2 (Drehwinkel)
WRITZEL = WKRONRAD/I1
RMAX1 = 50 (Definitionsbereich)
SOLVE
PSI1 = tan(acos(RB1/RMAX1/I1)) - pi/180° acos(RB1/RMAX1/I1)
FOR RMAX1
RMAX2 = 20
SOLVE
PSI2 = tan(acos(RB2/RMAX2/I2)) - pi/180° acos(RB2/RMAX2/I2)
FOR RMAX2
RMIN1 = 45
solve
45.sin(acos(RB1/RMIN1/I1)) = PSI1 + pi/180.acos(RB1/RMIN1/I1)
for RMIN1
RMIN2 = 25
solve
45.sin(acos(RB2/RMIN2/I2)) = PSI2 + pi/180.acos (RB2/RMIN2/I2)
for RMIN2
RMAX1 K = RMAX1.0.995 (Korrigierte Grenzen)
RMAX2K = RMAX2.0.995
RMIN1 K = RMIN1.1.005
RMIN2K = RMIN2.1.08
Folgerung
Eine Kronenradverzahnung wurde erfolgreich im CAD-System Pro/Engineer
modelliert und könnte nach einer Minimierung der angesprochenen Probleme
(Stabilität, Layout, Veränderbarkeit, Übersetzung) noch optimiert werden.
Nachfolgend wird eine erfindungsgemäße zweimotorische Aktorik für ein ASG-
Getriebe mit Active Interlock beschrieben.
Bisherige ASG-Getriebe mit Active Interlock besitzen drei E-Motoren.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Kostenreduzierung des
gesamten Systems zu erreichen. Dies wird dadurch gelöst, dass die
Kupplungsbetätigung ohne den Wählaktor erfolgt.
Der erfinderische Gedanke besteht darin, dass die Wählkraft mittels eines
speziellen Mechanismus mit einem Zusatzschaltbild gemäß Fig. 14 und
Zusatzfinger für die Kupplungsbetätigung von dem Wählaktor übertragen wird.
Die weiteren Fig. 15 bis 22 zeigen den Schaltablauf bei der Schaltung 2-3.
Neue Elemente: Die Hülse 1 mit dem Schaltbild für die Kraftübergabe vom
Wählaktor zur Kupplung ist mit einer Rastierung versehen. Wenn sich der
Zusatzfinger 2 in der Gasse außer Neutral befindet, kann man die Kupplung mit
dem Wählaktor betätigen.
Die Hülse 1 dreht sich nicht mit der Schaltwelle. Die Kupplung öffnet, wenn der
Zusatzfinger 2 sie in die Richtung nach links drückt (Fig. 14).
Die Fig. 15 bis 22 zeigen das Beispiel der Schaltung 2-3.
Es wird nun eine erfindungsgemäße zweimotorische Aktorik für ASG-Getriebe
ohne Active Interlock erläutert.
Bisherige ASG-Getriebe ohne Active Interlock besitzen drei E-Motoren.
Die Erfindung betrifft eine Lösung, bei welcher die Kupplungsbetätigung durch
den Wählaktor zwecks Kostenreduzierung des gesamten Systems erfolgt.
Der erfinderische Gedanke besteht darin, dass die Wählkraft mittels eines
speziellen Mechanismus mit einem Zusatzschaltbild gemäß Fig. 23 und
Zusatzfinger für die Kupplungsbetätigung von dem Wählaktor übertragen wird.
Bei einem solchen Mechanismus ist der Weg beim Schließen der Kupplung für
alle Gassen gleich. Die Kupplung muss dabei den Gleichgewichtspunkt in der
Lage "Öffnen" haben (Fig. 24). Die Schaltschienen besitzen die schmalen
Mitnehmer um die seitliche Bewegung des Schaltfingers zu ermöglichen. Die
weiteren Fig. 25 bis 29 zeigen den Schaltablauf bei der Schaltung 2-3. Bei
den breiten Gassen und kleinerem Kupplungsweg ist die Kupplungsbetätigung
auch innerhalb der Gasse möglich.
Neue Elemente sind: Hülse 1 mit dem Schaltbild für die Kraftübergabe vom
Wählaktor zur Kupplung, gemäß Fig. 23, mit einer Rastierung versehen. Wenn
sich der Zusatzfinger 2 in der Gasse außer Neutral befindet, kann man die
Kupplung mit dem Wählaktor betätigen; Zusatzfinger 2.
Die Hülse 1 dreht sich nicht mit der Schaltwelle. Die Kupplung schließt, wenn
der Zusatzfinger 2 sie in Richtung nach links drückt.
Die Kupplung muss den Gleichgewichtspunkt bei der Position "Öffnen" haben
(Fig. 24), um bei der Wählbewegung geöffnet gehalten zu werden, weil in der
Neutrallage keine Kraftübertragung vom Zusatzfinger zur Hülse möglich ist.
Nachfolgend wird die erfindungsgemäße Entwicklung eines Getriebeaktors mit
nur einem Antrieb erläutert.
Dabei soll aufgabengemäß die Möglichkeit gegeben sein, eine beliebige
Gangreihenfolge schalten zu können.
Funktionsbeschreibung
Auf der Gewindestange (1), der Fig. 30, die eine Draufsicht des
Getriebeaktors zeigt, wird eine Welle (2) mit entsprechendem Innengewinde
aufgeschraubt. Mit dieser Welle ist der Schaltfinger (3) fest verbunden. Der
Schaltfinger wird in der Schaltschablone (4) geführt. Mit der Schaltschablone
sind die Sperrkeile (5) drehbar verbunden. Druckfedern (6) hinter den
Sperrkeilen drücken diese aus den Aussparungen heraus. Damit die Funktion
des Getriebeaktors gewährleistet ist, muss die Reibung zwischen der
Gewindestange (1) und der Welle (2) so groß sein, dass, wenn der Schaltfinger
sich frei bewegen kann, die Welle an der Gewindestange haftet. Dabei ist es
vorteilhaft, dass die Massenträgheit von der Welle und dem Schaltfinger so
gering wie möglich ist. Die Fig. 31 zeigt eine perspektivische Darstellung des
Getriebeaktors.
Schaltung in den ersten Gang
Soll der Schaltfinger aus der Anfangsposition (Fig. 32) in den 1. Gang
geschaltet werden, dann wird dazu die Gewindestange (1) nach rechts gedreht.
Dabei kann sich der Schaltfinger zunächst frei bewegen bis er auf den Sperrkeil
trifft. Bei weiterem Verdrehen des Schaltfingers wird der Sperrkeil um seinen
Drehpunkt gedreht und in die Aussperrung der Schaltschablone gegen die
Federkraft reingedrückt. Nachdem der Schaltfinger den Sperrkeil passiert hat,
wird dieser wieder durch die Feder herausgedrückt. Nachdem der Schaltfinger
gegen die rechte Wand der Schaltgasse stößt, kann sich die Welle (2) mit dem
Schaltfinger nicht mehr drehen und fängt an sich entlang der rechten Kante zu
bewegen bis der Gang eingelegt ist.
1->2 Schaltung (Fig. 33)
Beim Schalten aus dem 1 in den 2 Gang wird die Gewindestange links herum
gedreht, wodurch der Schaltfinger sich zuerst entlang der geraden und dann
entlang der schrägen Kante bewegt, wobei er dabei den Sperrkeil in seine
Aussparung drückt. Danach wird die Gewindestange rechts herum gedreht, bis
der Sperrkeil durch die Federkraft in seine Ausgangsposition herausgedrückt
wird. Die Gewindestange wird danach wieder links herum gedreht, wobei der
Schaltfinger gegen den ausgerückten Sperrkeil stößt und sich in Richtung zum
2. Gang bewegen kann.
In Fig. 34 ist eine zweite Variante der Schaltaktorik dargestellt. Sie ist
allerdings als eine Abwicklung zu verstehen. In der Ausgangsform ist die
Schaltschablone um einen Radius gewickelt, der größer ist als der Radius der
Welle mit Innengewinde.
Die Vorteile gegenüber der ersten Variante sind:
- - Der Weg in der Wählrichtung beim Gangwechsel ist immer gleich und ist
unabhängig von der Startposition des Schaltfingers.
- - Die Sperrkeile werden ersetzt durch zwei Kämme, die über die Stifte und
Langlöcher geführt und über eine Feder in die Ausgangsposition gedrückt
werden. Diese Lösung hat den Vorteil, dass sie einfacher zu realisieren ist.
- - Der Schaltfinger kann wesentlich kürzer ausgeführt werden als in der ersten
Variante, wodurch seine Massenträgheit gering gehalten werden kann.
Diese Erfindung ist bei allen Getriebetypen mit einem H-Schaltbild anwendbar.
Es wird nun im Zusammenhang mit der Fig. 35 eine erfindungsgemäße
Integration einer zusätzlichen Lagerstelle für die Schaltschienen in den
Getriebeaktor erläutert.
Die Schaltschienen, insbesondere in der Ausführung aus Blech, haben ihre
Lagerung an den beiden Enden. Dies ergibt bei größeren, längeren Getrieben
eine relativ biegeweiche Lösung, die aufgabengemäß verbessert werden soll.
Zur Lösung wird eine zusätzliche Lagerstelle in der Mitte eingegefügt.
Die Entwicklung betrifft insbesondere einen Getriebeaktor für ein PSG-Getriebe
bei Heckantrieb.
In das Gehäuse des Add-On Getriebeaktors wird eine Abstützungsmöglichkeit
für die Schaltschiene integriert. In der gusstechnischen Formgestaltung werden
als obere und untere Führung für das Paket der Schaltgabeln Kragarme
ergänzt, die so in das Getriebe hereinragen, dass sie eine Unterstützung des
Paketes der Schaltschienen gewährleisten. Dabei ist es unter Umständen
sinnvoll, an den Enden der Kragarme auf die Kontaktfläche zu den
Schaltschienen einen Kunststoffgleitschuh aufzuclipsen.
In der Fig. 35 ist der komplette Getriebeaktor gezeigt. Er enthält an vier
möglichen Stellen die Kragarme. Für eine technische Ausführung kann
weiterhin diskutiert werden, ob vier Kragarme benötigt werden, oder ob der
Einsatz von zweien ausreichend ist.
Für diesen Aktor kommen auch bürstenlose Motoren zum Einsatz.
Die Erfindung ist bei allen Systemen der XSG-Familie, insbesondere in der
Anordnung eines heckgetriebenen Fahrzeugs, anwendbar.
Nachfolgend wird nun im Zusammenhang mit den Fig. 36 bis 42 ein
Motorkonzept, in dem das Festlager sich auf der B-Seite des Motors und nicht
wie üblich auf der A-Seite (Wellenausgang) befindet, beschrieben.
Dadurch wird es möglich, den Schwerpunkt weiter in Richtung der
Anschraubfläche zu verschieben, wodurch das Verhalten bezüglich von
Schwingbelastungen verbessert wird.
Der Stator und dessen Spulendrähte werden zusammen mit dem zuvor
gespritzten Stecker elektrisch leitend verbunden. Auf dem Stecker bereits
integriert und kontaktiert sind die Sensorplatine und die Auswerteelektronik.
Diese muss jedoch nicht mit dem Sensor auf einer Platine platziert sein,
sondern kann auf der Strecke zwischen Sensor- und Steuerelektronik liegen.
Durch eine Vergussmasse werden der Stecker, der Stator, die Platine und das
Lager, welches später das Festlager bildet, zu einem festen Verbund
vergossen.
Es entsteht nach Einsetzten der Welle und formschlüssigem Verbinden
derselben mit dem Lager im Steckergebilde eine Einschubeinheit, die ohne
Motorgehäuse geprüft werden kann (einfache Vorrichtung).
Durch diese Einheit ist ein zusätzliches Motorgehäuse nicht mehr zwangsläufig.
D. h. die Einheit kann in ein Elektromotor-Gehäuse oder z. B. in ein
Getriebegehäuse eingeschoben werden.
Beim Einsetzen der Motoreinheit in ein Motorgehäuse kann der Deckel durch
Hinterschnitte oder andere Verbindungsmöglichkeiten an dem Motorgehäuse
gehalten werden. Somit ist eine komplett geschlossene Motoreinheit entstanden
welche wie ein normaler Motor geprüft werden kann. Seinen endgültigen
Zusammenschluss erreicht der Motor wenn er mit den Zugschrauben an die
Befestigungsfläche angeschraubt wird.
Nach Einsetzen des Motors in ein Getriebegehäuse wird auch hier der
Zusammenschluss durch das Anziehen des Deckels durch die Zugschrauben
verwirklicht. Die Zugschrauben ermöglichen es eine gewisse anhaltende
Vorspannung über die Längendehnung der Schraube zu ermöglichen.
Der radiale Abgang des Steckers ermöglicht eine seitliche Anbindung des
Steckers. Durch diese kann der Stecker durch Verdrehen des Motors oder
durch eine andere Lage der Ausklinkung im Motorgehäuse in jede beliebige
Position positioniert werden.
Durch die kurze Bauweise des Motors und Abwinkeln des Steckers ist es auch
möglich den Kabelstrang in Richtung Anschraubfläche zu leiten, so dass dort
das Kabel auf kürzestem Weg mit dem Gehäuse verbunden und auch hier
wieder das Verhalten bezüglich Schwingbelastungen verbessert wird.
Um das Prinzip besser zu verstehen soll anschließend der Zusammenhang der
Teile und dessen Reihenfolge beschrieben werden.
Durch die Erfindung wird es möglich, einen Motor zu bauen, bei dem der
Schwerpunkt so nah wie möglich an der Anschraubfläche zu platzieren ist.
Vorteilhafterweise kann der Statorblock als eine komplett
schwingungsunempfindliche und kompakte Einheit ausgestaltet werden.
1. Stanzgitter und Sensorplatine
Gemäß der Fig. 36 wird bei einem Typ A das Stanzgitter mit einem
Vorspritzling fixiert. An dem Spritzling befindliche Zapfen nehmen die
Sensorplatine auf und werden zur Befestigung der Platine warmverformt. Die
Platine kann über das Stanzgitter aufgenommen werden. Die Sensorplatine
wird durch axiale Kanäle über Wärmezufuhr mit dem Stanzgitter elektrisch
leitend verbunden. Das Stanzgitter kann somit getrennt und die Sensorplatine
geprüft werden. Der Spritzling nimmt das Stanzgitter und die Sensorplatine auf
und enthält Lagerflächen für Festlager über die dann der später anzuspritzende
Stecker zugeordnet werden kann.
Beim Typ B nimmt wie beim Typ A der Spritzling das Stanzgitter und die
Sensorplatine auf. Er enthält jedoch keine Lageraufnahme.
2. Stecker
Fig. 37: Anspritzen des Steckers an den Spritzling. Beinhaltet sämtliche
Funktionen des Steckers und nimmt zusätzlich Spritzling mit Stanzgitter und
Sensorplatine auf. Beinhaltet radiale Konturen zur späteren Aufnahme in
Gehäuse und axiale Durchgänge wie oben.
Beim Typ A ist der Stecker nur mit dem äußeren Ring ausgebildet. Beim Typ B
ist der Stecker mit äußerem und innerem Ring ausgebildet welcher die
Lagerflächen definiert. (Lagerflächen und äußere Zylinderflächen werden mit
dem Stecker definiert. Spritztechnisch müssen Kanäle in den inneren Ring
geführt werden).
Das Stanzgitter kann nach Spritzen des Steckers getrennt werden. Die
Sensorplatine kann nach Trennen des Steckers kontaktiert werden. An den
Stecker können evtl. Dichtungen gegen Gehäuse und Deckel angespritzt
werden. Bei der Anordnung der Dichtung ist darauf zu achten, dass diese
komplett an dem Körper des Steckers die Dichtflächen definiert, um ein
Unterwandern zwischen Stecker und Spritzling zu vermeiden. Die
Maximaltemperaturen der Sensorplatine und deren Anbindungen beim Spritzen
müssen beachtet werden.
3. Statorblock
Gemäß Fig. 38 werden Stator, Stecker, Lager und Lagerfixierung mittels einer
Vorrichtung platziert. Die Spulenstränge und die Sensorplatine werden nun mit
den Steckerpins elektrisch leitend verbunden. Die axialen Durchgänge bieten
hierzu den geeigneten Platz. Durch die Vorrichtung besteht die Möglichkeit die
Sensorik zu den Spulen auszurichten. Dies geschieht mit einem zum Stator
definierten Magneten. Es wird ein optimiertes Kommutiersignal und somit eine
bessere Motorausnutzung erzielt. Zum Ausrichten könnten evtl. auch die
Statorspulen und Sensoren durch den Stecker kontaktiert werden und die
Ausrichtung über die erzeugten Felder ausgerichtet bzw. erreicht werden. Eine
mechanische Zuordnung von Spule zu Sensor über die Vorrichtung ist möglich.
Im Stecker wird das Lager und dann dessen Fixierung eingelegt. Diese sind
axial (evtl. unter Vorspannung) zu halten.
4. Vergießen des Statorblockes
Gemäß Fig. 39 wird der Spulenkörper zusammen mit dem Stecker und dem
eingelegten Lager sowie dessen Fixierung durch eine geeignete Gussmasse zu
einer Einheit vergossen. Hier beinhaltet die Vorrichtung die komplette
Abdichtung der Geometrien, wie z. B. Stator axial wie radial, um die
Zylinderform und die Wicklungen zu fixieren. Die Gussmasse schließt auch die
Sensorplatine mit ihren elektronischen Bausteinen ein. Das Lager wird
zwischen Spritzling (bzw. Stecker) und der Lagerfixierung gehalten; diese und
die anderen Teile besitzen Hinterschnitte um einen Formschluss zu
gewährleisten. Auf den Werkstoff der Gussmasse und dessen Verträglichkeit
mit den anderen Werkstoffen und Oberflächen ist zu achten. z. B. bei
Duroplasten: auf das Ausgasen und Anlösen der Platine, Dicht- und Werkstoffe,
bei Thermoplasten: auf die Temperaturverträglichkeit der einzelnen Bauteile
und bei Kunststoffen: generell auf den Verzug und das Schrumpfverhalten.)
5. Einsetzten der Rotor-Baugruppe
Gemäß Fig. 40 wird die Wellen-Baugruppe, mit angesetztem Lager für
Loslagerstelle, Distanzring, Magnetpaket und zu diesem ausgerichteten
Steuermagneten montiert. Die Welle wird in Festlager eingesetzt und fest
angestemmt.
Die Einheit kann ohne Motorgehäuse in einer Vorrichtung geprüft werden.
6. Einsetzen in Motor-Gehäuse
Gemäß Fig. 41 kann die Einheit in ein zugehöriges Motorgehäuse zum Bau
eines Trieblings oder eine geeignete Anschraubgeometrie eingesetzt werden.
Beim Einpressen des Stators geht die Kraft über den Statorblock.
Beim Motorgehäuse kann die Wellendichtung, die Flanschdichtung und die
Dichtung zwischen Statorblock und Gehäuse angebracht z. B. vulkanisiert
werden.
7. Befestigen des Motors
Die Fig. 42 zeigt den Triebling mit Anschraubgeometrie auf verschiedenen
Ebenen. Die Deckelgeometrie hintergreift das Motorgehäuse oder ist daran
angeklemmt.
Im folgenden wird eine in der Fig. 43 näher gezeigte Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung erläutert, bei der die ausgewählte Bewegung in einem
automatischen Schaltgetriebe-System (ASG) unter Verwendung einer
Betätigungseinrichtung mit einer Schwingspule ausgeführt wird.
Die Bewegung des Wählmechanismus einiger ASG-Systeme ist eine lineare
Niederlastbewegung (etwa 65 N) mit einem Weg von etwa 25 mm. Die Aufgabe
der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, eine Einrichtung zur Ausführung
dieser linearen Bewegung zu schaffen. Die Verwendung einer Schwingspule ist
hierbei vorteilhaft, weil dadurch kleinere und leichtere Aktuatoren als die auf dem
Markt verfügbaren realisierbar sind.
Bei einem Aktuator mit einer Schwingspule handelt es sich um eine Vorrichtung,
die über ihren Bewegungsbereich eine konstante Kraft liefert. Die erzeugte Kraft
(Lorentz-Kraft) ist proportional zu dem Betriebsstrom, der an Spulen in einem
magnetischen Feld angelegt wird. Aktuatoren mit Schwingspulen wurden
ursprünglich für Lautsprecher entwickelt.
Im Rahmen dieser Erfindung wird erstmals bei einem Aktuator eine Schwingspule
für eine lineare Bewegung verwendet, die eine zylindrische Form besitzt. Der
Aktuator mit Schwingspule wird konzentrisch zur zentralen Schaltwelle
angeordnet, um eine direkte Antriebslinie zu bilden, bei der der Schaltfinger mit
einer linearen Bewegung zur Gassenposition zum Schalten bewegt werden.
Die Position der Schaltwelle kann durch eine Vielzahl von Mitteln bestimmt
werden. Beispielsweise kann dies durch die folgenden Mittel erfolgen:
- - Verwenden der elektrischen Charakteristiken des Aktuators mit
Schwingspule als Mittel zur Bestimmung ihrer Position.
- - Verwenden sich gegenüberliegender Federn zum Ausgleich der lastfreien
Position in der Mitte der Bewegung des Aktuators und Festlegen der
entgegen der Federkraft angelegten Spannung zur Bestimmung des
Betrages der Bewegung aus der zentralen Position.
- - Verwenden von Rastierungsfedern in dem Mechanismus zur Anzeige der
Getriebepositionen und Überwachen der Kennlinie des Spannungsprofils
zur Bestimmung der Position der Schaltwelle.
Absolutes Bestimmen der Schaltposition durch Verwenden eines
Positionssensors.
Es ist nicht beabsichtigt, einen Aktuator mit Schwingspule für die Schaltbewegung
zu verwenden und die Größe und das Gewicht des Aktuators mit Schwingsspule,
die für die größeren Kräfte gefordert würden, würden dies verbieten.
Im folgenden wird im Zusammenhang mit der Fig. 44 ein erfindungsgemäßes
Verfahren zum Stützen von Schaltschienen in einem automatischen
Schaltgetriebe erläutert.
Dabei soll eine eigene Abstützung der Schaltschienen in einem Getriebegehäuse
erreicht werden. Dadurch können Verschiebungen der Schaltschienen reduziert
werden, die durch Vibrationen und Stöße verursacht werden. Vorteilhafterweise
wird der Aufbau des Getriebegehäuses durch die extra bzw. eigene Abstützung
nicht schwieriger.
Es wird ein erfindungsgemäßer und neuer, vorteilhafter Aufbau zur Steuerung
des Eingriffs der Zahnräder in einem Getriebegehäuse mit Doppelkupplung
geschaffen. Es wird auch ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer
eigenen Abstützung der Schaltschienen angegeben, das diesen Aktuator
verwendet. Der Aktuator zum Verschieben bzw. Schalten der Zahnräder wird
nach dem Zusammenbau des Getriebegehäuses eingesetzt. Der Zusammenbau
des Getriebegehäuses wird durch die eigene Abstützung nicht erschwert bzw.
beeinträchtigt.
Der Aktuator zum Verschieben der Zahnräder bzw. der Schaltaktuator wird an der
Seite des Getriebegehäuses neben den Schaltschienen befestigt. In dem Aktuator
sind die Abstützungen für die Schaltschienen ausgebildet. Die Fig. 44 zeigt
einen Querschnitt des Getriebegehäuses durch den Aktuator zum Verschieben
der Zahnräder.
Nachfolgend wird im Zusammenhang mit den Fig. 45 und 46 ein Gassen-
Mechanismus für automatische Getriebe näher erläutert.
Durch diesen erfindungsgemäßen Mechanismus soll verhindert werden, dass bei
einer Schaltbewegung mehr als ein Zahnrad eingerückt wird. Außerdem soll die
Wählbewegung nicht in Neutral ausgeführt werden. Schließlich soll der Zahnrad-
Schaltmechanismus in die richtigen Positionen geführt werden, damit die
Zahnräder eingreifen können.
Die erfindungsgemäße und neue Anordnung wurde speziell zur Steuerung des
Eingriffs der Zahnräder in einem Doppelkupplungsgetriebe geschaffen. Es wird
ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Getriebe-Gassen-Mechanismus für
diese Anordnung geschaffen, ohne dass die Verwendung eigener Bauteile
erforderlich ist.
Der Eingriffsmechanismus für die Getriebezahnräder umfasst die folgenden
Komponenten:
- 1. eine Schaltwelle 1, die zur Ausführung der Schaltbewegung gedreht wird,
- 2. eine Wählgabel 2, die sich entlang der Achse der Schaltwelle zur
Ausführung der Wählbewegung bewegt,
- 3. einen oder mehrere Schaltfinger 3, die durch die Schaltwelle gedreht und
axial durch die Wählgabel positioniert werden und
- 4. wenigstens eine Schaltgabelschiene 4.
Diese Wellen sind im Getriebe an den an den Zahnrädern angreifenden Gabeln
befestigt.
Wie dies voranstehend festgestellt wurde, sollte eine Schaltbewegung nicht
ausgeführt werden, wenn nicht der Schaltfinger zu einer einzigen Schaltschiene
ausgerichtet ist. Wenn der Schaltfinger nicht zu einer Schaltschiene ausgerichtet
ist, wird einer der Zähne 5 an der Schaltwelle zu der Keilnut 6 in der Wählgabel
ausgerichtet. Dadurch wird verhindert, dass die Schaltwelle gedreht wird. Diese
Situation ist in den Fig. 47a,b und 49a,b dargestellt.
Die Keilnut ist so positioniert, dass sie nur zu den Zähnen ausgerichtet ist, wenn
sich die Schaltwelle in der neutralen Position befindet. Die Wählgabel kann nur
bewegt werden, wenn die Keilnut und die Zähne in einer Linie liegen. Dadurch
werden unerwünschte Wählbewegungen verhindert. Diese Situation ist in den
Fig. 48a,b dargestellt.
Wenn die Ecken der Zähne und/oder der Keilnuten mit Abschrägungen oder
Rundungen versehen werden, führt der Mechanismus die Schaltwelle und die
Wählgabel ebenfalls in die korrekten Positionen.
Bei der vorgeschlagenen Lösung müssen keine zusätzlichen Teile hinzugefügt
werden. Alle geometrischen Änderungen an den bestehenden Teilen können
leicht hergestellt werden. Beispielsweise können die Teile als Stanzteile
hergestellt werden.
Gemäß den Fig. 47a,b und 49a,b kann der Mechanismus mit Zähnen an
einer Seite der Schiebewelle hergestellt werden. Gemäß den Fig. 50a, b ist
es jedoch auch denkbar, an beiden Seiten der Schiebewelle Zähne vorzusehen.
Die voranstehend erläuterte Erfindung kann auch im Zusammenhang mit allen
(Schalt/Wähl)-Aktuatoren mit einem separaten, konzentrisch aufgebauten Schalt-
und Wählmechanismus verwendet werden, bei denen Zähne eingreifen.
Nachfolgend wird im Zusammenhang mit den Fig. 51 bis 55 ein
erfindungsgemäßer Aufbau einer elastischen Einrichtung zur
Zahnradverschaltung erläutert, welcher einen C-förmigen Metallring verwendet.
Wenn das Schalten der Zahnräder durch einen Elektromotor ausgeführt wird,
können hohe Schaltgeschwindigkeiten bzw. -kräfte bewirken, dass die
Synchronisationsringe beschädigt werden.
Dieses Problem kann dadurch gelöst werden, dass ein Typ eines elastischen
Elementes in einer Position zwischen dem Elektromotor und der Hülse mit dem
Schaltfinger montiert wird. Die Form des elastischen Elementes, das nachfolgend
als elastischer Kragen bezeichnet wird, kann unterschiedlich sein. Eine
bevorzugte Ausführungsform ist in der Fig. 51 dargestellt.
Der elastische Kragen soll vorgespannt sein und wird zusammen mit einer
äußeren Hülse mit einem Schaltfinger und einer inneren Hülse montiert, die mit
dem Elektromotor/Zahnradsystem verbunden ist. Der elastische Kragen kann aus
einem oder mehreren Elementen bestehen, die gemäß Fig. 52 nicht in derselben
Richtung angeordnet sei müssen.
Wenn der Elektromotor sich zu drehen beginnt, was dem ersten Teil des
Schalthubes entspricht, folgt die äußere Hülse der inneren Hülse wegen der
Vorspannung des elastischen Kragens bis zu einem definierten Drehmoment.
Wenn die Synchronisation beginnt, vergrößert sich der Widerstand/das
Drehmoment und übersteigt die Vorspannung. Dadurch wird bewirkt dass die
äußere Hülse mit dem Schaltfinger und die innere Hülse sich aufeinander zu zu
drehen beginnen. Wenn der Widerstand noch weiter ansteigt, biegen sich der
elastische Kragen bis zu dem Punkt, an dem sich seine beiden Enden begegnen.
Dieser Punkt entspricht dem Endanschlag der Elastizität und solange sich das
Drehmoment über diesem Punkt befindet, folgt die äußere Hülse der inneren
Hülse.
Die Fig. 53 zeigt eine Situation, in der die innere Hülse entgegen dem
Uhrzeigersinn (beispielsweise im ersten, dritten und fünften Gang) mit einem
Drehmoment über dem Elastizitätspegel gedreht wird. Die Fig. 53 ähnelt der
Fig. 54, abgesehen davon, dass die Drehrichtung im Uhrzeigersinn verläuft
(beispielsweise für den zweiten und vierten Gang).
Ein Beispiel für die Rotations- und Drehmomentwerte zeigt die Fig. 55.
Der mit der Anmeldung eingereichte Patentanspruch ist ein
Formulierungsvorschlag ohne Präjudiz für die Erzielung weitergehenden
Patentschutzes. Die Anmelderin behält sich vor, noch weitere, bisher nur in der
Beschreibung und/oder Zeichnungen offenbarte Merkmalskombination zu
beanspruchen.
Die Ausführungsbeispiele sind nicht als Einschränkung der Erfindung zu
verstehen. Vielmehr sind im Rahmen der vorliegenden Offenbarung zahlreiche
Abänderungen und Modifikationen möglich, insbesondere solche Varianten,
Elemente und Kombinationen und/oder Materialien, die zum Beispiel durch
Kombination oder Abwandlung von einzelnen in Verbindung mit den in der
allgemeinen Beschreibung und Ausführungsformen sowie den Ansprüchen
beschriebenen und in den Zeichnungen enthaltenen Merkmalen bzw. Elementen
oder Verfahrensschritten für den Fachmann im Hinblick auf die Lösung der
Aufgabe entnehmbar sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen
Gegenstand oder zu neuen Verfahrensschritten bzw. Verfahrensschrittfolgen
führen, auch soweit sie Herstell-, Prüf- und Arbeitsverfahren betreffen.