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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Schaltaktuator für ein Getriebe,
der in einer Schaltrichtung einen Schalthebel des Getriebes, das an
einem Fahrzeug angebracht ist, betätigt.
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Beschreibung
des Standes der Technik
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Als
Schaltaktuator für
ein Getriebe, der in einer Schaltrichtung einen Schalthebel des
Getriebes betätigt,
ist im Allgemeinen ein Fluiddruckzylinder verwendet worden, der
den Fluiddruck wie etwa den Luftdruck oder den Hydraulikdruck als
Antriebsquelle nutzt. Der Schaltaktuator, der die Fluiddruckzylinder verwendet,
erfordert eine Verrohrung, die die Fluiddruckquelle mit den Aktuatoren
verbindet, ein elektromagnetisches Umschaltventil, das den Strömungsdurchlass
für das
Betriebsfluid umschaltet, und Raum dafür, was insgesamt zu einer Zunahme des
Gewichts der Vorrichtung führt.
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In
den letzten Jahren ist ein Schaltaktuator vorgeschlagen worden,
der aus einem Elektromotor als Schaltaktuator für ein an einem Fahrzeug angebrachtes
Getriebe gebildet ist, der weder mit einer Druckluftquelle noch
mit einer Hydraulikdruckquelle versehen ist. Der durch den Elektromotor
gebildete Schaltaktuator erfordert anders als die Aktuatoren, die
Fluiddruckzylinder verwenden, weder die Verrohrung für den Anschluss
der Fluiddruckquelle noch das elektromagnetische Umschaltventil
und kann folglich insgesamt in einer kompakten Größe und bei einem
verringerten Gewicht gebildet sein.
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Der
Schaltaktuator, der einen Elektromotor verwendet, benötigt einen
Mechanismus zur Drehzahlminderung, um eine vorgegebene Stellkraft
zu erlangen. Als Mechanismus zur Drehzahlminderung ist einer, der
einen Kugelumlaufspindelmechanismus verwendet, und einer, der ein
Zahnradgetriebe verwendet, vorgeschlagen worden. Jedoch sind die
Aktuatoren, die den Kugelumlaufspindelmechanismus und das Zahnradgetriebe
verwenden, hinsichtlich der Haltbarkeit des Kugelumlaufspindelmechanismus und
des Zahnradgetriebes und hinsichtlich der Haltbarkeit und der Betriebsdrehzahl
des Elektromotors nicht unbedingt zufrieden stellend.
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Das
Dokument
DE 198 42
532 A1 , das den nächsten
Stand der Technik darstellt, bezieht sich auf eine Schaltvorrichtung
mit zwei Aktuatoren, die mit einer Arbeitsstange zum Auslösen der
Schalttätigkeit wirken.
Die Aktuatoren umfassen elektromagnetische Systeme, bei denen sich
die Aktuatoren an beiden Enden der Arbeitsstange befinden. Ferner
sind zwei Federn vorgesehen, die die Arbeitsstange in eine neutrale
Position bringen, wenn die Aktuatoren nicht aktiviert sind.
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Die
Aufgabe wird gemäß den Merkmalen
des unabhängigen
Anspruchs gelöst.
Die abhängigen Ansprüche beziehen
sich auf vorteilhafte Ausführungsformen
der Erfindung.
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Die
magnetischen Bewegungsmittel umfassen ein bewegliches Joch, das
an der äußeren Umfangsfläche der
Arbeitsstange angebracht ist, und einen ringförmigen Permanentmagneten, der
an der äußeren Umfangsfläche des
beweglichen Jochs angebracht ist und Magnetpole in dessen äußerer Umfangsfläche und
in dessen innerer Umfangsfläche besitzt,
wobei das bewegliche Joch einen zylindrischen Abschnitt, an dem
der Permanentmagnet angebracht ist, und ringförmige Flansche, die an beiden Enden
des zylindrischen Abschnitts ausgebildet sind, besitzt, wobei die äußeren Umfangsflächen der
Flansche so ausgebildet sind, dass sie sich in der Nähe der inneren
Umfangsfläche
des festen Jochs befinden.
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Ferner
umfassen die magnetischen Bewegungsmittel ein Zwischenjoch, das
an der äußeren Umfangsfläche der
Arbeitsstange angebracht ist, ein Paar ringförmiger Permanentmagneten, die
jeweils beiderseits des Zwischenjochs angeordnet sind, um dieses
dazwischen zu halten, und Magnetpole in beiden Stirnflächen in
axialer Richtung besitzen, und ein Paar beweglicher Joche, die jeweils
an der Außenseite
des Paars Permanentmagneten in deren axialer Richtung angeordnet
sind, wobei die beiden beweglichen Joche ringförmige Flansche besitzen, die
so ausgebildet sind, dass sich die äußeren Umfangsflächen der
beweglichen Joche in der Nähe
der inneren Umfangsfläche
des festen Jochs befinden.
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Die
gegenüberliegenden
Stirnflächen
des Paars Permanentmagneten sollten mit derselben Polarität magnetisiert
sein.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
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1 ist
eine Schnittansicht, die eine Schaltvorrichtung zeigt, die mit einem
Schaltaktuator versehen ist, der gemäß einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist;
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2 ist
eine Schnittansicht längs
der Linie A-A in 1;
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3 ist
eine Ansicht, die die Funktionsweise eines Wahlaktuators veranschaulicht,
der die in 1 gezeigte Schaltvorrichtung
bildet;
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4 ist
eine Schnittansicht längs
der Linie B-B in 1;
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5 ist
eine Ansicht, die die Betriebszustände des in 4 gezeigten
Schaltaktuators gemäß der ersten
Ausführungsform
zeigt;
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6 ist
eine Schnittansicht, die den gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung gebildeten Schaltaktuator zeigt; und
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7 ist
eine Ansicht, die die Betriebszustände des in 5 gezeigten
Schaltaktuators gemäß der zweiten
Ausführungsform
zeigt.
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GENAUE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Mit
Bezug auf die begleitende Zeichnung werden nun bevorzugte Ausführungsformen
des Schaltaktuators für
ein Getriebe, der gemäß der vorliegenden
Erfindung gebildet ist, näher
beschrieben.
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1 ist
eine Schnittansicht, die eine Schaltvorrichtung zeigt, die mit einem
Schaltaktuator versehen ist, der gemäß einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist, während 2 eine Schnittansicht
längs der
Linie A-A in 1 ist.
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Eine
Schaltvorrichtung 2 gemäß der gezeigten
Ausführungsform
ist durch einen Wahlaktuator 3 und einen Schaltaktuator 5 gebildet.
Der Wahlaktuator 3 hat drei zylindrische Gehäuse 31a, 31b und 31c. In
den drei Gehäusen 31a, 31b und 31c ist
eine Steuerwelle 32 angeordnet, wobei beide Enden der Steuerwelle 32 durch
die Gehäuse 31a und 31c über Lager 33a und 33b drehbar
unterstützt sind.
In einem Zwischenabschnitt der Steuerwelle 32 ist ein Schiebekeil 321 ausgebildet.
Eine zylindrische Schiebehülse 35,
die integral mit einem Schalthebel 34 ausgebildet ist,
geht mit dem Schiebekeil 321 eine Keilverbindung ein, bei
der sie in der axialen Richtung gleiten kann. Der Schalthebel 34 und
die Schiebehülse 35 sind
aus einem nichtmagnetischen Werkstoff wie etwa einem Edelstahl gefertigt,
wobei der Schalthebel 34 so angeordnet ist, dass er in
eine Öffnung 311b eingeführt ist,
die in einem unteren Abschnitt des zentralen Gehäuses 31b ausgebildet
ist. Ein Ende des Schalthebels 34 ist so gestaltet, dass
es geeignet mit Schaltblöcken 301, 302, 303 und 304 in Eingriff
gelangt, die an einer ersten Wahlposition SP1, an einer zweiten
Wahlposition SP2, an einer dritten Wahlposition SP3 und an einer
vierten Wahlposition SP4 angeordnet sind und einen Schaltmechanismus
für ein
Getriebe, das nicht gezeigt ist, bilden.
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An
der äußeren Umfangsfläche der
Schiebehülse 35 ist
ein magnetisches Bewegungsmittel 36 angeordnet. Das magnetische
Bewegungsmittel 36 ist durch einen ringförmigen Permanentmagneten 361,
der an der äußeren Umfangsfläche der
Schiebehülse 35 angebracht
ist und Magnetpole in beiden Stirnflächen in axialer Richtung besitzt,
und ein Paar beweglicher Joche 362 und 363, die
an den Außenseiten
des Permanentmagneten 361 in deren axialer Richtung angeordnet
sind, gebildet. In der gezeigten Ausführungsform ist der Permanentmagnet 361 in der
rechten Stirnfläche
in den 1 und 2 zu einem Nordpol und in der
linken Stirnfläche
in den 1 und 2 zu einem Südpol magnetisiert. Das obige
Paar beweglicher Joche 362 und 363 ist in Ringform
aus einem magnetischen Werkstoff gefertigt. Das so gebildete magnetische
Bewegungsmittel 36 wird an seinem rechten Ende (1 und 2) mit
dem einen beweglichen Joch 362 (rechte Seite in den 1 und 2)
durch eine Stufe 351, die in der Schiebehülse 35 ausgebildet
ist, und an seinem linken Ende (1 und 2)
mit dem anderen beweglichen Joch 363 (linke Seite in den 1 und 2)
durch einen Sprengring 37, der auf die Schiebehülse 35 aufgesetzt
ist, positioniert, um so die Bewegung in seiner axialen Richtung
zu begrenzen. Ein festes Joch 39 ist an der äußeren Umfangsseite
des magnetischen Bewegungsmittels 36 so angeordnet, dass
es dieses umgibt. Das feste Joch 39 ist in zylindrischer
Form aus einem magnetischen Werkstoff gefertigt und an der inneren
Umfangsfläche
des zentralen Gehäuses 31b angebracht.
An der Innenseite des festen Jochs 39 ist ein Spulenpaar 40 und 41 angeordnet.
Das Spulenpaar 40 und 41 ist um einen Spulenkörper 42 gewickelt,
der aus einem nichtmagnetischen Werkstoff wie etwa einem Kunstharz
gefertigt ist, und an der inneren Umfangsfläche des festen Jochs angebracht.
Das Spulenpaar 40 und 41 ist mit einer Energiequellenschaltung,
die nicht gezeigt ist, verbunden. Die Länge der Spule 40 in
axialer Richtung entspricht nahezu einer Wahllänge von der ersten Wahlposition
SP1 bis zur vierten Wahlposition SP4. Beiderseits des festen Jochs 39 sind
Stirnwände 43 und 44 angebracht.
Am Innenumfang der Stirnwände 43 und 44 sind
Dichtungselemente 45 und 46 angebracht, die mit
der äußeren Umfangsfläche der Schiebehülse 35 in
Kontakt kommen.
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Der
Wahlaktuator 3 ist wie oben beschrieben gebildet und arbeitet
nach dem Prinzip eines Linearmotors, der durch das magnetische Bewegungsmittel 36,
das an der Schiebehülse 35,
die als Schalthebel-Tragelement dient, angeordnet ist, durch das
feste Joch 39 und durch das Spulenpaar 40 und 41 gebildet
ist. Mit Bezug auf 3 wird nun die Funktionsweise
beschrieben.
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In
dem Wahlaktuator 3 gemäß der ersten Ausführungsform
ist ein Magnetkreis 368 eingerichtet, der durch den Nordpol
des Permanentmagneten 361, das eine bewegliche Joch 362,
die eine Spule 40, das feste Joch 39, die andere
Spule 41, das andere bewegliche Joch 363 und den
Südpol
des Permanentmagneten 361 geht, wie in den 3(a) und 3(b) gezeigt ist. Wenn in diesem Stadium
dem Spulenpaar 40 und 41 in zueinander entgegengesetzten Richtungen,
wie in 3(a) gezeigt ist, elektrische Ströme zugeführt werden,
wird durch den Permanentmagneten 361, d.h. durch die Schiebehülse 35, ein
Schub nach rechts gemäß der Dreifingerregel
erzeugt, wie in 3(a) durch einen Pfeil
angegeben ist. Wie in 3(b) gezeigt
ist, wird zum anderen dann, wenn die elektrischen Ströme dem Spulenpaar 40 und 41 in
Richtungen zugeführt
werden, die den Richtungen in 3(a) genau
entgegengesetzt sind, durch den Permanentmagneten 361,
d.h. durch die Schiebehülse 35,
ein Schub nach links gemäß der Dreifingerregel
erzeugt, wie in 3(b) durch einen Pfeil
angegeben ist. Die Stärke
des durch den Permanentmagneten 361, d.h. durch die Schiebehülse 35,
erzeugten Schubs ist durch die Mange der dem Spulenpaar 40 und 41 zugeführten elektrischen
Energie bestimmt.
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Der
Aktuator 3 besitzt in der gezeigten Ausführungsform
ein erstes die Wahlposition begrenzendes Mittel 47 und
ein zweites die Wahlposition begrenzendes Mittel 48, die
in Zusammenwirkung mit der Stärke
des Schubs, der auf das magnetische Bewegungsmittel 36,
d.h. auf die Schiebehülse 35,
einwirkt, die Position des Schalthebels 34 auf die erste Wahlposition
SP1, die zweite Wahlposition SP2, die dritte Wahlposition SP3 oder
die vierte Wahlposition SP4 begrenzen. Das erste die Wahlposition
begrenzende Mittel 47 umfasst Sprengringe 471 und 472,
die in einem vorgegebenen Abstand auf rechte Endabschnitte (in den 1 und 2)
des zentralen Gehäuses 31b auf gesetzt
sind, eine Druck-Schraubenfeder 473, die zwischen den Sprengringen 471 und 472 angeordnet
ist, einen beweglichen Ring 474, der zwischen der Druck-Schraubenfeder 473 und dem
einen Sprengring 471 angeordnet ist, und einen Anschlag 475,
der die Bewegung des beweglichen Rings 474 begrenzt, indem
er mit dem beweglichen Ring 474, wenn dieser um ein vorgegebenes
Maß nach
rechts in den 1 und 2 bewegt
wird, in Kontakt gelangt.
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Wenn
in einem Stadium, wie es in den 1 und 2 gezeigt
ist, dem Spulenpaar 40 und 41 bei einer Spannung
von beispielsweise 2,4 V, wie in 3(a) gezeigt
ist, Strom zugeführt
wird, arbeitet das so gebildete erste die Wahlposition begrenzende Mittel 47 so,
dass sich das magnetische Bewegungsmittel 36, d.h. auch
die Schiebehülse 35,
nach rechts in den 1 und 2 bewegt
und das rechte Ende der Schiebehülse 35 in
den 1 und 2 mit dem beweglichen Ring 474 in
Kontakt gerät,
um in ihrer Position begrenzt zu werden. In diesem Zustand ist die
Federkraft der Schraubenfeder 473 so festgelegt, dass sie
größer ist
als der Schub, der auf den Permanentmagneten 361, d.h.
auf die Schiebehülse 35,
einwirkt. Daher wird die Schiebehülse 35, die mit dem beweglichen
Ring 474 in Kontakt ist, an einer Position, an der der
bewegliche Ring 474 mit dem einen Sprengring 471 in
Kontakt ist, zum Stillstand gebracht. In diesem Fall wird der Schalthebel 34,
der integral mit der Schiebehülse 35 ausgebildet
ist, in die zweite Wahlposition SP2 gebracht. Als Nächstes ist der
Schub, der auf das magnetische Bewegungsmittel 36, d.h.
auf die Schiebehülse 35,
einwirkt, dann, wenn dem Spulenpaar 40 und 41 bei
einer Spannung von beispielsweise 4,8 V, wie in 3(a) gezeigt
ist, Strom zugeführt
wird, so festgelegt, dass er größer wird
als die Federkraft der Schraubenfeder 473. Dementsprechend
bewegt sich die Schiebehülse 35, die
mit dem beweglichen Ring 474 in Kontakt geraten ist, entgegen
der Federkraft der Schraubenfeder 473 nach rechts in den 1 und 2,
wobei der bewegliche Ring 474 an einer Position, an der
der bewegliche Ring 474 mit dem Anschlag 475 in
Kontakt gelangt, zum Stillstand gebracht wird. In diesem Moment
wird der Schalthebel 34, der integral mit der Schiebehülse 35 ausgebildet
ist, in die erste Wahlposition SP1 gebracht.
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Als
Nächstes
wird das zweite die Wahlposition begrenzende Mittel 48 beschrieben.
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Das
zweite die Wahlposition begrenzende Mittel 48 umfasst Sprengringe 481 und 482,
die in einem vorgegebenen Abstand auf linke Endabschnitte (in den 1 und 2)
des zentralen Gehäuses 31b aufgesetzt
sind, eine Schraubenfeder 483, die zwischen den Sprengringen 481 und 482 angeordnet ist,
einen beweglichen Ring 484, der zwischen der Schraubenfeder 483 und
dem einen Sprengring 481 angeordnet ist, und einen Anschlag 485,
der die Bewegung des beweglichen Rings 484 begrenzt, indem er
mit dem beweglichen Ring 484, wenn dieser um ein vorgegebenes
Maß nach
links in den 1 und 2 bewegt
wird, in Kontakt gelangt.
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Wenn
in einem Stadium, wie es in den 1 und 2 gezeigt
ist, dem Spulenpaar 40 und 41 bei einer Spannung
von beispielsweise 2,4 V, wie in 3(b) gezeigt
ist, Strom zugeführt
wird, arbeitet das so gebildete zweite die Wahlposition begrenzende
Mittel 48 so, dass sich der Permanentmagnet 361, d.h.
auch die Schiebehülse 35,
nach links in den 1 und 2 bewegt
und das linke Ende der Schiebehülse 35 in
den 1 und 2 mit dem beweglichen Ring 484 in
Kontakt gerät,
um in ihrer Position begrenzt zu werden. In diesem Zustand ist die Federkraft
der Schraubenfeder 483 so festgelegt, dass sie größer ist
als der Schub, der auf den Permanentmagneten 361, d.h.
auf die Schiebehülse 35,
einwirkt. Daher wird die Schiebehülse 35, die mit dem beweglichen
Ring 484 in Kontakt ist, an einer Position, an der der
bewegliche Ring 484 mit dem einen Sprengring 481 in
Kontakt ist, zum Stillstand gebracht. In diesem Fall wird der Schalthebel 34,
der integral mit der Schiebehülse 35 ausgebildet
ist, in die dritte Wahlposition SP3 gebracht. Als Nächstes ist der
Schub, der auf den Permanentmagneten 361, d.h. auf die
Schiebehülse 35,
einwirkt, dann, wenn dem Spulenpaar 40 und 41 bei
einer Spannung von beispielsweise 4,8 V, wie in 3(b) gezeigt
ist, Strom zugeführt
wird, so festgelegt, dass er größer wird
als die Federkraft der Schraubenfeder 483. Dementsprechend
bewegt sich die Schiebehülse 35, die
mit dem beweglichen Ring 484 in Kontakt geraten ist, entgegen
der Federkraft der Schraubenfeder 483 nach links in den 1 und 2,
wobei der bewegliche Ring 484 an einer Position, an der
der bewegliche Ring 484 mit dem Anschlag 485 in
Kontakt gelangt, zum Stillstand gebracht wird. In diesem Moment
wird der Schalthebel 34, der integral mit der Schiebehülse 35 ausgebildet
ist, in die vierte Wahlposition SP4 gebracht.
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Wie
oben beschrieben worden ist, kann gemäß der gezeigten Ausführungsform,
die mit dem ersten die Wahlposition begrenzende Mittel 47 und mit
dem zweiten die Wahlposition begrenzende Mittel 48 versehen
ist, der Schalthebel 34 durch Steuern der Menge an elektrischer
Energie, die dem Spulenpaar 40 und 41 zugeführt wird,
in eine vorgegebene Wahlposition gebracht werden, ohne die Positionssteueroperation
auszuführen.
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Die
Schaltvorrichtung gemäß der gezeigten Ausführungsform
enthält
einen Wahlpositionssensor 8, der die Position der integral
mit dem Schalthebel 34 ausgebildeten Schiebehülse 35,
d.h. deren Position in Richtung der Wahl, erfasst. Der Wahlpositionssensor 8 enthält ein Potentiometer,
dessen Drehwelle 81 an einem Ende eines Hebels 82 befestigt
ist. Am anderen Ende des Hebels 82 ist ein Eingriffsstift 83 befestigt,
der in einer Eingriffsnut 352, die in der Schiebehülse 35 ausgebildet
ist, in Eingriff gebracht ist. Wenn sich die Schiebehülse 35 nach
rechts oder links in 2 bewegt, schwenkt daher der
Hebel 82 um die Drehwelle 81 als Mitte, wobei
sich die Drehwelle 81 dreht, um die Betriebsposition der
Schiebehülse 35,
d.h. deren Position in Richtung der Wahl, zu erfassen. Als Reaktion
auf ein Signal vom Wahlpositionssensor 8 wird der Schalthebel 34 in
eine gewünschte
Wahlposition gebracht, indem die Spannung und die Richtung des den
Spulen 40 und 41 des Wahlaktuators 3 zugeführten Stroms
mittels eines Steuermittels, das nicht gezeigt ist, gesteuert werden.
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Ferner
enthält
die Schaltvorrichtung 2 der gezeigten Ausführungsform
einen Schalthub-Positionssensor 9, der die Drehposition,
d.h. die Schalthubposition der Steuerwelle 32, an der die
integral mit dem Schalthebel 34 ausgebildete Schiebehülse 35 angebracht
ist, erfasst. Der Schalthub-Positionssensor 9 enthält ein Potentiometer,
dessen Drehwelle 91 mit der Steuerwelle 32 verbunden
ist. Wenn sich die Steuerwelle 32 dreht, dreht sich daher
die Drehwelle 91, um die Drehposition, d.h. die Schalthubposition,
der Steuerwelle 32 zu erfassen.
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Als
Nächstes
wird hauptsächlich
mit Bezug auf 4, die eine Schnittansicht längs der
Linie B-B on 1 ist, der Schaltaktuator, der
gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung gebildet ist, beschrieben.
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Der
Schaltaktuator 5 gemäß der ersten
Ausführungsform,
die in 4 gezeigt ist, umfasst eine Gehäuse 51,
eine Arbeitsstange 52, die mit einem Arbeitshebel 50 in
Eingriff ist, der an einer Steuerwelle 32 angebracht ist,
die in dem Mittelabschnitt des Gehäuses 51 und in den
Gehäusen 31a, 31b, 31c des Wahlaktuators 3 angeordnet
ist, ein magnetisches Bewegungsmittel 53, das an der äußeren Umfangsfläche der
Arbeitsstange 52 angeordnet ist, ein zylindrisches festes
Joch 54, das an der Innenseite des Gehäuses 51 angeordnet
ist, um das magnetische Bewegungsmittel 53 zu umgeben,
und ein Spulenpaar 55 und 56, das an der Innenseite
des festen Jochs 54 in axialer Richtung benachbart angeordnet ist.
Der Arbeitshebel 50, der mit der Arbeitsstange 52 in
Eingriff ist, weist eine Bohrung 501 auf, die in seinem
Basisabschnitt ausgebildet ist, damit er auf die Steuerwelle 32 gesetzt
werden kann. Durch Einpassen eines Keils 503 in eine Keilnut 502,
die in der inneren Umfangsfläche
der Bohrung 501 ausgebildet ist, und eine Keilnut 322,
die in der äußeren Umfangsfläche der
Steuerwelle 32 ausgebildet ist, dreht sich der Arbeitshebel 50 gemeinsam
mit der Steuerwelle 32. Der Arbeitshebel 50 arbeitet
als Arbeitselement, das über
die Steuerwelle 32 mit dem Schalthebel 34 und
der Schiebehülse 35 verbunden
ist, und ist in der Weise angeordnet, dass er in die Öffnung 311a,
die in dem unteren Teil des Gehäuses 31a,
das sich in den 1 und 2 auf der
linken Seite befindet, ausgebildet ist, eingeführt ist.
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In
der gezeigten Ausführungsform
ist das Gehäuse 51 mittels
eines nichtmagnetischen Werkstoffs wie etwa eines Edelstahls oder
einer Aluminiumlegierung zu einer zylindrischen Form ausgebildet.
Die Arbeitsstange 52 ist aus einem nichtmagnetischen Werkstoff
wie etwa einem Edelstahl gefertigt und weist eine Nut 521 auf,
die in ihrem linken Endabschnitt in 4 ausgebildet
ist, wobei die Nut 521 dazu gebildet ist, mit einem Ende
des Arbeitshebels 50 in Eingriff zu gelangen.
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Das
magnetische Bewegungsmittel 53 umfasst ein bewegliches
Joch 531, das an der äußeren Umfangsfläche der
Arbeitsstange 52 angebracht ist, und einen ringförmigen Permanentmagneten 532, der
an der äußeren Umfangsfläche des
beweglichen Jochs 531 angeordnet ist, so dass er den inneren Umfangsflächen des
Spulenpaars 55 und 56 zugewandt ist. Das bewegliche
Joch 531 ist aus einem magnetischen Werkstoff gefertigt
und weist einen zylindrischen Abschnitt 531a, an dem ein
Permanentmagnet 532 angebracht ist, und ringförmige Flanschen 531b und 531c auf,
die an beiden Enden des zylindrischen Abschnitts 531a gebildet
sind, wobei sich die äußeren Umfangsflächen der
Flanschen 531b und 531c in der Nähe der inneren
Umfangsfläche
des festen Jochs 54 befinden. Der Zwischenraum zwischen
den äußeren Umfangsflächen der Flanschen 531b und 531c und
der inneren Umfangsfläche
des festen Jochs 54 sollte so klein wie möglich sein.
Um Fehler bei der Fertigung und dergleichen in Betracht zu ziehen,
ist der Zwischenraum bei der gezeigten Ausführungsform jedoch auf 0,5 mm
festgelegt. Das so gebildete bewegliche Joch 531 ist in
seiner Bewegung in axialer Richtung durch Sprengringe 535 bzw. 536,
die auf beiden Seiten der Arbeitsstange 52 angebracht sind,
begrenzt. Der Permanentmagnet 532 besitzt Magnetpole in
seiner äußeren Umfangsfläche und
in seiner inneren Umfangsfläche.
In der gezeigten Ausführungsform
ist der Nordpol in der äußeren Umfangsfläche gebildet,
während
der Südpol
in der inneren Umfangsfläche
gebildet ist. Der so gebildete Permanentmagnet 532 ist
an der äußeren Umfangsfläche des
zylindrischen Abschnitts 531a des beweglichen Jochs 531 angebracht
und in seiner Bewegung in axialer Richtung durch Sprengringe 533 bzw. 534,
die auf beiden Seiten des zylindrischen Abschnitts 531a des
beweglichen Jochs 531 angebracht sind, begrenzt.
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Das
feste Joch 54 ist an der inneren Umfangsfläche des
Gehäuses 51,
das aus dem magnetischen Werkstoff gebildet ist, angebracht. Das
Spulenpaar 55 und 56 ist auf einen Spulenkörper 57 gewickelt,
der aus einem nichtmagnetischen Werkstoff wie etwa einem Kunstharz
gefertigt ist, und an der inneren Umfangsfläche des festen Jochs 54 angebracht.
Das Spulenpaar 55 und 56 ist mit einer Energiequellenschaltung,
die nicht gezeigt ist, verbunden. Die Länge des Spulenpaar 55 und 56 in
axialer Richtung ist dem Arbeitshub des Schaltaktuators 5 entsprechend
geeignet festgelegt.
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Beiderseits
des Gehäuses 51 sind
Stirnwände 61 und 62 angebracht.
Die Stirnwände 61 und 62 sind
aus einem Edelstahl oder einer Aluminiumlegierung oder aus einem
nichtmagnetischen Werkstoff wie etwa einem Kunstharz gefertigt und
besitzen Bohrungen 611 und 621, die in ihren Mittelabschnitten
ausgebildet sind, um die Einführung
der Arbeitsstange 52 zu ermöglichen. Die in die Bohrungen 611 und 621 eingeführte Arbeitsstange 52 ist
durch die inneren Umfangsflächen
der Bohrungen 611 und 621 so unterstützt, dass
sie in axialer Richtung gleiten können. In den inneren Umfangsabschnitten
der Stirnwände 61 und 62 sind
an deren Außenseiten ausgeschnittene
Abschnitte 612 und 622 ausgebildet, wobei in die
ausgeschnittenen Abschnitte 612 und 622 Dichtungselemente 63 und 64 eingesetzt sind.
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Der
Schaltaktuator 5 gemäß der ersten
Ausführungsform
ist wie beschrieben gebildet. Mit Bezug auf 5 wird nun
die Funktionsweise beschrieben.
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In
dem Schaltaktuator 5, wie er in den 5(a) bis 5(d) gezeigt ist, sind durch den Permanentmagneten 532 ein
erster Magnetflusskreis 537 und ein zweiter Magnetflusskreis 538 gebildet.
Das heißt,
dass in dem Schaltaktuator 5 der gezeigten Ausführungsform
ein erster Magnetkreis 537, der durch den Nordpol des Permanentmagneten 532,
die eine Spule 55 des Spulenpaars, das feste Joch 54, den
Flansch 531b des beweglichen Jochs 531, den zylindrischen
Abschnitt 531a des beweglichen Jochs 531 und den
Südpol
des Permanentmagneten 532 geht, und ein zweiter Magnetkreis 538,
der durch den Nordpol des Permanentmagneten 532, die andere Spule 56 des
Spulenpaars, das feste Joch 54, den Flansch 531c des
beweglichen Jochs 531, den zylindrischen Abschnitt 531a des
beweglichen Jochs 531 und den Südpol des Permanentmagneten 532 geht, eingerichtet
sind.
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Wenn
dem Spulenpaar 55 und 56 in zueinander entgegengesetzten
Richtungen, wie in 5(a) gezeigt ist,
in einem Stadium, in dem die Arbeitsstange 52 in der neutralen
Position ist, wie in 5(a) gezeigt
ist, elektrische Ströme
zugeführt
werden, werden auf das magnetische Bewegungsmittel 53,
d.h. auf die Arbeitsstange 52, gemäß der Dreifingerregel Schübe in solche
Richtungen erzeugt, dass sie sich gegenseitig aufheben, wie durch
Pfeile angedeutet ist. Daher wird die Arbeitsstange 52 in
der in den 4 und 5(a) gezeigten
neutralen Position gehalten.
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Als
Nächstes
wird dann, wenn dem Spulenpaar 55 und 56 in der
gleichen Richtung, wie in 5(b) gezeigt
ist, in einem Stadium, in dem die Arbeitsstange 52 in der
neutralen Position ist, elektrische Ströme zugeführt werden, auf das magnetische Bewegungsmittel 53, d.h.
auf die Arbeitsstange 52, der Schub nach links, wie in 5(b) durch einen Pfeil angegeben ist,
erzeugt. Im Ergebnis bewegt sich die Arbeitsstange 52 nach
links in 4, wodurch sich die Steuerwelle 32 über den
Arbeitshebel 50, dessen Ende mit der Arbeitsstange 52 in
Eingriff ist, im Uhrzeigersinn in 4 dreht.
Dementsprechend wird der Schalthebel 34, der integral mit
der an der Steuerwelle 32 angebrachten Schiebehülse 35 ausgebildet
ist, in die eine Richtung bewegt.
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Wenn
dem Spulenpaar 55 und 56 in einer Richtung, die
zur Richtung von 5(b) entgegengesetzt
ist, wie in 5(c) gezeigt ist, in einem
Stadium, in dem die Arbeitsstange 52 in der neutralen Position
ist, elektrische Ströme
zugeführt
werden, wird auf das magnetische Bewegungsmittel 53, d.h.
auf die Arbeitsstange 52, der Schub nach rechts, wie in 5(c) durch einen Pfeil angegeben ist,
erzeugt. Im Ergebnis bewegt sich die Arbeitsstange 52 nach rechts
in 4, wodurch sich die Steuerwelle 32 über den
Arbeitshebel 50 entgegen dem Uhrzeigersinn in 4 dreht.
Dementsprechend wird der Schalthebel 34, der integral mit
der an der Steuerwelle 32 angebrachten Schiebehülse 35 ausgebildet
ist, in die andere Richtung bewegt.
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Zum
anderen werden dann, wenn dem Spulenpaar 55 und 56 in
zueinander entgegengesetzten Richtungen, wie in 5(d) gezeigt
ist, in einem Stadium, in dem die Arbeitsstange 52 nach
links bewegt worden ist, wie in 4 gezeigt
ist, elektrische Ströme
zugeführt
werden, auf das magnetische Bewegungsmittel 53, d.h. auf
die Arbeitsstange 52, Schübe in solche Richtungen erzeugt,
dass sie sich gegenseitig aufheben, wie durch Pfeile angedeutet
ist. Hier werden in dem Stadium, in dem sich die Arbeitsstange 52 nach
links bewegt hat, d.h. sich das magnetische Bewegungsmittel 53 nach
links bewegt hat, bedingt durch den ersten Magnetflusskreis 537 und
den zweiten Magnetflusskreis 538, die durch den Permanentmagneten 352 hergestellt
werden, magnetische Flüsse
erzeugt, die durch die Spule gehen. In diesem Fall ist jedoch die
Stärke
des magnetischen Flusses, der durch die Spule 56 geht,
größer als
die Stärke des
magnetischen Flusses, der durch die Spule 55 geht. Daher
wird der Schub nach rechts, der als Ergebnis der Zufuhr von elektrischem
Strom zu der anderen Spule 56 in der in 5(d) gezeigten
Richtung auf das magnetische Bewegungsmittel 53, d.h. auf die
Arbeitsstange 52, erzeugt wird, größer als der Schub nach links,
der als Ergebnis der Zufuhr von elektrischem Strom zu der einen
Spule 55 in der in 5(d) gezeigten
Richtung auf das magnetische Bewegungsmittel 53, d.h. auf
die Arbeitsstange 52, erzeugt wird. Im Ergebnis bewegt
sich die Arbeitsstange 52 nach rechts in 5(d).
Wenn sich die Arbeitsstange 52 nach rechts in 5(d) bewegt, nimmt somit die Stärke des
magnetischen Flusses, der durch die Spule 56 geht, ab,
während
die Stärke des
magnetischen Flusses, der durch die Spule 55 geht, mit
der Annäherung
an die neutrale Position zunimmt. Wenn die Arbeitsstange 52 die
neutrale Position erreicht hat, wird die Stärke des magnetischen Flusses,
der durch die Spule 55 geht, gleich der Stärke des
magnetischen Flusses, der durch die Spule 56 geht. Im Ergebnis
wird der Schub auf die Arbeitsstange 52 nach links gleich
dem Schub nach rechts; d.h., dass die Arbeitsstange 52 in
der neutralen Position zum Stillstand kommt.
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Bei
dem Schaltaktuator 5 gemäß der oben beschriebenen ersten
Ausführungsform
arbeitet die Arbeitsstange 52 nach dem Prinzip eines Linearmotors,
der durch das magnetische Bewegungsmittel 53, das feste
Joch 54 und das Spulenpaar 55 und 56 gebildet
ist und eine bessere Haltbarkeit aufweist, da kein drehender Mechanismus
verwendet wird. Anders als der Aktuator, der einen Elektromotor
verwendet, erfordert ferner der Schaltaktuator 5 der ersten Ausführungsform
keinen Mechanismus zur Drehzahlminderung, der auf dem Kugelumlaufspindelmechanismus
oder dem Zahnradgetriebe basiert, und kann folglich in einer kompakten
Größe gebildet
sein, wobei er mit einer höheren
Geschwindigkeit arbeitet. Bei dem Schaltaktuator 5 der
ersten Ausführungsform
besitzen ferner die Flanschen 531a und 531c des
beweglichen Jochs 531, das das magnetische Bewegungsmittel 53 bildet, äußere Umfangsflächen, die
sich in der Nähe
der inneren Umfangsfläche
des festen Joch 54 befinden. Daher ist ein großer Zwischenraum
nur durch die Spulen 55 und 56 gebildet, während der
Luftspalt in dem ersten Magnetflusskreis 537 und in dem
zweiten Magnetflusskreis 538, die durch den Permanentmagneten 532 hergestellt werden,
minimiert ist, was das Erzeugen eines großen Schubs ermöglicht.
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Als
Nächstes
wird mit Bezug auf die 6 und 7 eine zweite
Ausführungsform
des gemäß der vorliegenden
Erfindung gebildeten Schaltaktuators beschrieben.
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Der
Schaltaktuator 5a gemäß der zweiten Ausführungsform,
der in 6 gezeigt ist, besitzt ein magnetisches Bewegungsmittel 53a,
das an der Arbeitsstange 52 angeordnet ist und sich von
dem magnetischen Bewegungsmittel 53 des Schaltaktuators 5 der
ersten Ausführungsform
unterscheidet. Andere Bauelemente können jedoch im Wesentlichen
dieselben wie jene des Schaltaktuators 5 der ersten Ausführungsform
sein. In 6 sind daher die Bauelemente,
die jenen, die den Schaltaktuator 5 der ersten Ausführungsform
bilden, gleichen, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
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Das
magnetische Bewegungsmittel 53a, das den Schaltaktuator 5a der
zweiten Ausführungsform bildet,
umfasst ein Zwischenjoch 530a, das an der äußeren Umfangsfläche der
Arbeitsstange 52 so angeordnet ist, dass es den inneren
Umfangsflächen des
Spulenpaars 55 und 56 gegenüberliegt, ein Paar Permanentmagneten 532a und 533a,
die beiderseits des Zwischenjochs 530a angeordnet sind,
um dieses dazwischen zu halten, und ein Paar beweglicher Joche 534a und 535a,
die an den Außenseiten
des Paars Permanentmagneten 532a und 533a in deren axialer
Richtung angeordnet sind. Das Zwischenjoch 530a ist in
Ringform aus einem magnetischen Werkstoff gefertigt. Das Paar Permanentmagneten 532a und 533a besitzt
Magnetpole in beiden Stirnflächen in
deren axialer Richtung. In der gezeigten Ausführungsform ist der Nordpol
in den gegenüberliegenden
Stirnflächen
gebildet, während
der Südpol
in den Stirnflächen
an den Außenseiten
in deren axialer Richtung gebildet ist. Das Paar beweglicher Joche 534a und 535a ist
aus einem magnetischen Werkstoff gefertigt und weist zylindrische
Abschnitte 534c und 535c und ringförmige Flanschen 534d und 535d auf,
die an den äußeren Enden
der zylindrischen Abschnitte 534c bzw. 535c in
axialer Richtung gebildet sind. Die äußeren Umfangsflächen der
Flanschen 534d und 535d befinden sich in der Nähe der inneren Umfangsfläche des
festen Jochs 54. Der Zwischenraum zwischen den äußeren Umfangsflächen des festen
Jochs 54 ist ähnlich
wie bei dem Schaltaktuator 5 der oben erwähnten ersten
Ausführungsform auf
0,5 mm festgelegt. Das oben erwähnte
Paar beweglicher Joche 534a und 535a ist in der
gezeigten Ausführungsform
durch die zylindrischen Abschnitte 534c und 535c und
durch die Flanschen 534d und 535d gebildet. Das
Paar beweglicher Joche kann jedoch lediglich durch Flanschen gebildet
sein, deren Umfangsflächen
sich in der Nähe
der inneren Umfangsfläche
des festen Jochs 54 befinden. Das so gebildete Paar beweglicher
Joche 534a und 535a ist in seiner Bewegung in
axialer Richtung durch Sprengringe 58a und 59a,
die an der Arbeitsstange 52 an deren Außenseiten in axialer Richtung
angebracht sind, begrenzt.
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Der
Schaltaktuator 5a gemäß der zweiten Ausführungsform
ist wie beschrieben gebildet. Mit Bezug auf 7 wird nun
die Funktionsweise beschrieben.
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In
dem Schaltaktuator 5a gemäß der zweiten Ausführungsform,
wie er in den 7(a) bis 7(d) gezeigt
ist, sind durch das Paar Permanentmagneten 532a und 533a ein
erster Magnetflusskreis 537a und ein zweiter Magnetflusskreis 538a gebildet.
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Wenn
dem Spulenpaar 55 und 56 in zueinander entgegengesetzten
Richtungen, wie in 7(a) gezeigt ist,
in einem Stadium, in dem die Arbeitsstange 52 in der neutralen
Position ist, wie in 7(a) gezeigt
ist, elektrische Ströme
zugeführt
werden, werden auf das magnetische Bewegungsmittel 53a,
d.h. auf die Arbeitsstange 52, gemäß der Dreifingerregel in Schübe solche
Richtungen erzeugt, dass sie sich gegenseitig aufheben, wie durch
Pfeile angedeutet ist. Daher wird die Arbeitsstange 52 in
der in den 6 und 7(a) gezeigten
neutralen Position gehalten.
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Als
Nächstes
wird dann, wenn dem Spulenpaar 55 und 56 in der
gleichen Richtung, wie in 7(b) gezeigt
ist, in einem Stadium, in dem die Arbeitsstange 52 in der
neutralen Position ist, elektrische Ströme zugeführt werden, auf das magnetische Bewegungsmittel 53a,
d.h. auf die Arbeitsstange 52, der Schub nach links, wie
in 7(b) durch einen Pfeil angegeben
ist, erzeugt. Im Ergebnis bewegt sich die Arbeitsstange 52 nach
links in 7(b).
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Wenn
dem Spulenpaar 55 und 56 in einer Richtung, die
zur Richtung von 7(b) entgegengesetzt
ist, wie in 7(c) gezeigt ist, in einem
Stadium, in dem die Arbeitsstange 52 in der neutralen Position
ist, elektrische Ströme
zugeführt
werden, wird auf das magnetische Bewegungsmittel 53a, d.h.
auf die Arbeitsstange 52, der Schub nach rechts, wie in 7(c) durch einen Pfeil angegeben ist,
erzeugt. Im Ergebnis bewegt sich die Arbeitsstange 52 nach rechts
in 7(c).
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Zum
anderen wird dann, wenn dem Spulenpaar 55 und 56 in
zueinander entgegengesetzten Richtungen, wie in 7(d) gezeigt
ist, in einem Stadium, in dem die Arbeitsstange 52 nach
links in 6 bewegt wird, elektrische Ströme zugeführt werden, auf
das magnetische Bewegungsmittel 53a, d.h. auf die Arbeitsstange 52,
der Schub nach rechts erzeugt, wie in 7(d) durch
einen Pfeil angedeutet ist, der durch den Strom, der in der anderen
Spule 56 fließt, bedingt
ist, da sowohl der erste Magnetflusskreis 537 als auch
der zweite Magnetflusskreis 538 durch die andere Spule 56 führen. Somit
geht, wenn sich die Arbeitsstange 52 nach rechts in 7(d) bewegt und der neutralen Position
nähert,
der ersten Magnetflusskreis 537a, der durch den Permanentmagneten 532a gebildet
ist, durch die eine Spule 55. Daher wirkt auf das magnetische
Bewegungsmittel 53a, d.h. auf die Arbeitsstange 52,
ein Schub nach links in 7(d), der
durch den Strom, der in die eine Spule 55 fließt, bedingt
ist. Der Schub nach links, der durch den Strom, der in die eine
Spule 55 fließt
bedingt ist, nimmt mit der Annäherung
des magnetischen Bewegungsmittels 53a, d.h. der Arbeitsstange 52,
an die neutrale Position zu. Wenn das magnetische Bewegungsmittel 53a,
d.h. die Arbeitsstange 52, an der neutralen Position ankommt,
wird der Schub nach links, der durch den in die eine Spule 55 fließende Strom
bedingt ist, gleich dem Schub nach rechts, der durch den in die
andere Spule 56 fließende
Strom bedingt ist. Im Ergebnis kommt das magnetische Bewegungsmittel 53a,
d.h. die Arbeitsstange 52, in der neutralen Position zum
Stillstand.
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In
dem Schaltaktuator 5a gemäß der oben beschriebenen zweiten
Ausführungsform
ist das Paar Permanentmagneten 532a und 533a,
das das magnetische Bewegungsmittel 53a bildet, so angeordnet,
dass es das Zwischenjoch 530a dazwischen hält, wobei
der Nordpol in den gegenüberliegenden Stirnflächen des
Paars Permanentmagneten 532a und 533a gebildet
ist. Dementsprechend wandern die magnetischen Flüsse von den zwei Permanentmagneten 532a und 533a unter
gegenseitiger Abstoßung
zu dem Spulenpaar 55 und 56. In dem Schaltaktuator 5a gemäß der zweiten
Ausführungsform durchqueren
daher die magnetischen Flüsse
das Spulenpaar 55 und 56 in einem rechten Winkel
zu diesem, weshalb ein stärkerer
Schub auf das magnetische Bewegungsmittel 53a, d.h. auf
die Arbeitsstange 52, erzeugt wird, Hier kann der Südpol in
den einander zugewandten Stirnflächen
des Paars Permanentmagneten 532a und 533a gebildet
sein. Es sollte nämlich
derselbe Pol in den einander zugewandten Stirnflächen des Paars Permanentmagneten 532a und 533a gebildet
sein. In dem Schaltaktuator 5a der zweiten Ausführungsform
liegt ferner die innere Umfangsfläche des festen Jochs 54 in
der Nähe
der äußeren Umfangsflächen der
Flanschen 534d und 535d des Paars beweglicher
Joche 534a und 535a, die das magnetische Bewegungsmittel 53a bilden. Daher
ist lediglich durch das Spulenpaar 55 und 56 ein
großer
Luftspalt für
den magnetischen Fluss gebildet. In dem Schaltaktuator 5a der
zweiten Ausführungs form
ist daher der Luftspalt in den durch das Paars Permanentmagneten 532a und 533a gebildeten
Magnetflusskreisen minimiert, weshalb ein starker Schub erhalten
wird.
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Im
Vorhergehenden wurden Ausführungsformen
beschrieben, bei denen die Erfindung auf den Schaltaktuator, der
zusammen mit dem Wahlaktuator die Schaltvorrichtung bildet, angewandt
wurde. Der Schaltaktuator gemäß der vorliegenden
Erfindung kann beispielsweise auch auf eine Schalthilfevorrichtung,
die bei manuellen Getrieben die Betätigungskraft in Schaltrichtung
unterstützt,
angewandt werden.
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Der
Schaltaktuator für
ein Getriebe gemäß der vorliegenden
Erfindung ist wie oben beschrieben gebildet und besitzt den Einfluss
und die Wirkung, die nachstehend beschrieben werden.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung arbeitet die Arbeitsstange nach dem Prinzip eines Linearmotors.
der aus einem magnetischen Bewegungsmittel, einem festen Joch und
einem Spulenpaar gebildet ist. Daher weist der Schaltaktuator eine
bessere Haltbarkeit, da er keinen Drehmechanismus enthält, sowie
eine kompakte Gestalt auf und besitzt eine höhere Betriebsgeschwindigkeit,
da er keinen Mechanismus zur Drehzahlminderung erfordert, der durch
einen Kugelumlaufspindelmechanismus oder ein Zahnradgetriebe gebildet
ist, der bzw. das durch den Aktuator, der einen Elektromotor verwendet,
eingesetzt wird.