HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Feld der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Trägheitsbremse für ein
Fahrzeuggetriebe. Insbesondere betrifft die Erfindung eine
Trägheitsbremse für ein Fahrzeuggetriebe, wobei ein
Kugelrampenaktuator verwendet wird, um eine Kupplungspackung
gemäß einem Steuersignal vorzuspannen.
2. Darstellung des Standes der Technik
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Getriebe, bei denen der Schaltvorgang mit Hilfe von
Stellgliedern durchgeführt wird, die
mikroprozessorgesteuert auf Abruf durch den Fahrer und auf Signale von mehreren
Sensoren reagieren, sind bereits entwickelt und werden zur
Zeit am Markt eingeführt.
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Ebenso sind ausgeklügelte elektronische
Getriebesteuerungen zur Betätigung der Stellglieder in Gebrauch, die
dazu dienen, einen Getriebegangwechsel ohne Zutun des
Fahrers durchzuführen. Für das Schalten eines derartigen
Wechselgetriebes mit mehreren Geschwindigkeiten ohne
Synchronisiereinrichtungen sind die Drehzahlen der Zahnräder, die in
Eingriff zu bringen sind, entsprechend anzugleichen, um ein
weiches Einrücken der Zahnradzähne zu ermöglichen. Einem
auf der sich drehenden Welle befindlichen Zahnrad, das eine
höhere Drehzahl als die für den Eingriff erforderliche
Drehzahl (Synchrondrehzahl) aufweist, muss es möglich sein,
sich zu verlangsamen, bevor der Schaltvorgang durchgeführt
werden kann. Daher besteht, während sich die Drehzahl der
Welle verringert, keine Verbindung in dem Antriebsstrang
zwischen Motor und Getriebe. Befindet sich das Fahrzeug auf
einer Steigung, insbesondere mit einem beladenen Anhänger
im Schlepp, führt das Abkuppeln des Getriebes von dem Motor
zu einem raschen Absinken der Fahrzeuggeschwindigkeit.
Daher verliert das Fahrzeug während des Wartens, bis die
Verringerung der Getriebewellendrehzahl auf die
Synchrondrehzahl stattgefunden hat, selbst so sehr an Fahrt, dass das
ursprünglich für den Schaltvorgang gewählte
Übersetzungsverhältnis nicht mehr geeignet ist.
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Daraufhin muss die elektronische Steuereinrichtung den
nächsten Schaltvorgang berechnen und wählen. Wiederum
verzögert sich die Fahrzeuggeschwindigkeit kontinuierlich,
während die Steuerung darauf wartet, dass die Getriebewelle
sich verlangsamt, um synchron zu laufen, bis der zweite
gewählte Schaltvorgang nicht mehr geeignet ist. Schließlich
kommt das Fahrzeug zum Stehen, ohne dass ein
Herunterschalten erfolgreich durchgeführt werden konnte. Die
Schwierigkeit, einen Schaltvorgang rasch durchzuführen, angesichts
der Zeitdauer, die benötigt wird, um die Getriebewelle auf
die Synchrondrehzahl zu verlangsamen, führt zu den hierzu
aufgeführten Problemen im Betrieb. Eine Trägheitsbremse
gestattet es auch im Falle des Schaltens eines
herkömmlichen Getriebes ohne Verwendung einer elektronischen
Steuerung, dass Schaltvorgänge rascher durchgeführt werden
können, was dem Fahrer die Beherrschung des Fahrzeugs
erleichtert.
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Eine Vorgelegewelle des Getriebes und ein
Zahnradanordnung mit hohem Trägheitsmoment werden gleichzeitig mit
dem Motor beschleunigt, wobei ein Schaltvorgang im
Anschluss daran es erfordert, dass für gewöhnlich die
Getriebewelle durch das Ausrücken einer Hauptkupplung abgekuppelt
wird. Eine andere Gangstufe kann nicht eingerückt werden,
bevor das Zahnrad auf der Vorgelegewelle mit einem Zahnrad
auf der Hauptwelle synchron läuft.
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Bisher sind mehrere herkömmliche Arten von
Bremseinrichtungen zur Verzögerung der Drehzahl einer rotierenden
Getriebewelle in Gebrauch. Beispielsweise werden
Backenbremsen und Scheibenkupplungen verwendet, bei denen mit
Hilfe von Federn eine Kupplungspackung vorgespannt wird.
Die Trägheitsbremseinrichtungen lassen sich an beliebige
Wellen anschließen, die mit der Eingangswelle des Getriebes
verbunden sind, um zusammen mit dieser oder auch mit einer
oder mehreren Vorgelegewellen zu rotieren.
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Ein Beispiel einer derartigen Einrichtung, die in
Verbindung mit einem elektromechanischen
Automatikgetriebesystem eingesetzt wird, ist in der GB-A-2012 892 beschrieben.
Das System enthält eine Synchronisierbremseinrichtung für
die Synchronisation. Das Abbremsen der Vorgelegewelle wird
mit Hilfe einer Einrichtung nach Art einer Kupplungspackung
erzielt, die einen Satz von abwechselnd angetriebenen und
feststehenden Scheiben enthält, auf die über einen
ringförmigen Kolben Druck ausgeübt wird, um sie längs der
Drehachse der angetriebenen Scheiben zu verschieben. Der
ringförmige Kolben wird mittels Druckluft betätigt, um die
Kupplungspackung zusammenzupressen, den Reibwiderstand zu
erhöhen und das Einrücken der Klauenkupplungen zu
ermöglichen.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung ermöglicht das Abbremsen und
damit die Reduzierung der Drehzahl einer gewählten
Getrie
bewelle durch eine Trägheitsbremse, die eine
Kupplungspackung enthält, die eine Vielzahl von Kupplungsreibscheiben
aufweist, die mittels eines Kugelrampenaktuators
zusammengedrückt werden. Der Grad der Aktivierung des
Kugelrampenaktuators, und damit der Kupplungspackung, wird durch eine
Spule gesteuert, die einen Anker elektromagnetisch in
Reibkontakt mit dem Spulengehäuse zieht und so ein verzögerndes
Moment auf den Steuerring des Kugelrampenaktuators ausübt.
Wenn eine solche bremsende Kraft auf den Steuerring
ausgeübt wird, erweitert sich der Kugelrampenaktuator axial,
wodurch eine Druckkraft entsteht, die auf die
Kupplungspackung übertragen wird. Eine detaillierte Beschreibung der
Konstruktion und der Arbeitsweise eines derartigen
Kugelrampenaktuators findet sich in den US Patenten 2 091 270
(herangezogen für den Oberbegriff des Anspruchs 1); 2 605
877; 2 649 941; 3 000 479 und 5 372 106. Die Ansprechzeit
des Kugelrampenaktuators ist äußerst kurz und der Aktuator
zeichnet sich durch die Eigenschaft aus, dass er im
Vergleich zu der auf den Steuerring ausgeübten, verzögernden
Kraft eine sehr große, üblicherweise in einem Verhältnis
von 50 : 1 stehende axiale Kraft hervorbringt. Die
Kupplungspackung enthält eine Vielzahl von mit dem Gehäuse
verbundenen und in Bezug auf die Kupplung stationären Reibscheiben
und eine gleiche Anzahl von in Bezug auf die Kupplung
rotierenden Reibscheiben, die auf der Eingangswelle eines
Wechselgetriebes profilverzahnt angebracht sind, um
zusammen mit dieser zu rotieren, und die miteinander in
Berührung gebracht werden, um dadurch ein verzögerndes Moment
auf die rotierende Getriebeeingangswelle auszuüben, um so
den Gangwechsel zu erleichtern.
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Zu der vorliegenden Erfindung gehört eine
Trägheitsbremse zum Bremsen der Rotation einer frei drehbaren Welle
in einem Getriebe, zu dem ein Getriebegehäuse, das mehrere
Wellen und Zahnräder zum Ändern des
Übersetzungsverhältnisses in einem Fahrzeugantriebsstrang aufweist; ein
Gehäuse mit einem Innenraum, das an dem Getriebegehäuse
befestigt ist; eine Getriebewelle mit mehreren daran befestigten
Zahnrädern, die im Wesentlichen in dem Getriebegehäuse
enthalten sind; eine Kupplungspackung mit mehreren
Antriebsscheiben, die drehfest mit der Getriebewelle verbunden
sind, und mit einer Vielzahl von stationären Scheiben, die
an dem Getriebegehäuse festgelegt sind; und ein
Kugelrampenaktuator zum Vorspannen des Kupplungspaketes gehören,
wobei der Aktuator einen neben dem Kupplungspackungssatz
befindlichen Aktivierungsring, dessen axiale Bewegung zu
einem Vorspannen oder Entlasten der Kupplungspackung führt;
einen neben dem Betätigungsring angeordneten Steuerring,
wobei der Steuerring und der Betätigungsring einander
gegenüber liegende Stirnflächen tragen, die mit in
Umfangsrichtung verlaufenden Nuten versehen sind, die Nuten
wenigstens dreier einander gegenüberstehender Paare von Nuten
mit Abschnitten variierender Tiefe bilden, deren maximale
Tiefe an einem Ende und deren minimale Tiefe an dem
gegenüberliegenden Ende liegt, und Wälzkörper, von denen jeder
in einem Paar einander gegenüberbefindlicher Nuten
enthalten ist, die Nuten in dem Betätigungsring und dem
Steuerring so angeordnet sind, dass die relative Winkelbewegung
des Aktivierungsrings und des Steuerrings aus einer
Anfangsstellung einer Axialbewegung des Aktivierungsringes
weg von dem Steuerring führt, um die Kupplungspackung axial
vorzuspannen; einen Anker, der drehfest mit dem Steuerring
gekoppelt ist, der eine Reibplatte trägt, die in
Reibkontakt mit einer Reibfläche, die an dem Gehäuse ausgebildet
ist, um eine Aktivierungskraft auf den Steuerring
auszuüben; und eine Magnetspule umfasst, die neben der
Reibplat
te angeordnet ist und die durch ein elektromagnetisches
Feld, das durch die Spule erzeugt wird, gegen die
Reibfläche gedrückt wird, dadurch gekennzeichnet,
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dass zu der Bremse ein Distanzring mit einer
Dicke gehört, um einen axialen Abstand zwischen der
Kupplungspackung und dem Kugelrampenaktuator zu
gewährleisten, und so eine unbeabsichtigte
Betätigung des Kugelrampenaktuators zufolge einer
Reibkraft zu verhindern.
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Die erfindungsgemäße Trägheitsbremse kann bei jeder
beliebigen, frei rotierenden Welle in dem Getriebe
verwendet werden, deren Drehzahl reduziert werden muss, um einen
Wechsel des Übersetzungsverhältnisses durchzuführen. So
kann der Einsatz der Trägheitsbremse bei der
Getriebeeingangswelle und/oder der (den) Vorgelegewelle(n) oder sogar
bei einer Abtriebswelle einen raschen Wechsel der
Übersetzungsverhältnisse unterstützen.
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Die Verwendung der vorliegenden Erfindung ermöglicht
es, den Wechsel des Getriebegangs rascher und zuverlässiger
durchzuführen, insbesondere wenn ausgeklügelte automatische
elektronische Steuerungen für den Schaltvorgang eingesetzt
werden. Wie oben bereits erörtert, ist die Steuerung der
Getriebeschaltung nicht in der Lage, den korrekten Gang ein
zu legen, wenn sich das Fahrzeug auf einer Steigung
befindet, falls die Synchronisation des Getriebes für die
Beendigung des Schaltvorgangs nicht ausreichend rasch erfolgen
kann. Die vorliegende Erfindung macht es möglich, die
Getriebewelle(n) rasch abzubremsen und zu synchronisieren,
damit ein Schaltvorgang schnell und zuverlässig beendet
werden kann. So führt die Verwendung eines
Kugelrampenaktuators für die axiale Vorspannung einer Kupplungspackung
zu einer Vorrichtung, die für die erzeugten Kräfte im
Vergleich zu Vorrichtungen nach dem Stand der Technik rascher
anspricht, wenig Energie verbraucht und mit verringerten
Einbauabmessungen auskommt.
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Ein Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, eine
kompakte, rasch ansprechende Trägheitsbremse zur Verzögerung
der Drehzahl einer rotierenden Getriebewelle zu schaffen.
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Ein weiterer Zweck der vorliegenden Erfindung ist es,
eine kompakte, rasch ansprechende Trägheitsbremse zur
Verzögerung der Drehzahl einer rotierenden Getriebewelle zu
schaffen, bei der ein Kugelrampenaktuator verwendet wird,
um eine Kupplungspackung vorzuspannen.
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Ein weiterer Zweck der vorliegenden Erfindung ist es,
eine kompakte, rasch ansprechende Trägheitsbremse zur
Verzögerung der Drehzahl einer rotierenden Getriebewelle zu
schaffen, bei der ein Kugelrampenaktuator verwendet wird,
um mehrere Reibscheiben vorzuspannen, wobei einige der
Reibscheiben mit einer Getriebewelle verbunden sind und
andere mit dem Gehäuse verbunden sind.
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Ein weiterer Zweck der vorliegenden Erfindung ist es,
eine Trägheitsbremse zu schaffen, bei der ein
Kugelrampenaktuator verwendet wird, um eine Kupplungspackung
vorzuspannen, wobei eine Spule ein elektromagnetisches Feld
aufbaut, um eine bremsende Kraft auf einen Steuerring
herbeizuführen.
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Noch ein Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, eine
Trägheitsbremse zu schaffen, bei der ein
Kugelrampenaktuator verwendet wird, um eine Kupplungspackung vorzuspannen,
wobei eine Spule ein elektromagnetisches Feld erzeugt, um
einen Anker anzuziehen und in Reibkontakt mit einer
Reibfläche zu bringen, wodurch eine bremsende Kraft auf einen
Steuerring ausgeübt wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Trägheitsbremse in
einer Querschnittsdarstellung;
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Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen
Trägheitsbremse geschnitten längs der Linie II-II in Fig.
1;
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Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt aus der Stirnansicht
eines Steuerrings und eines Betätigungsrings des
erfindungsgemäßen Kugelrampenaktuators;
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Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung eines
geschlossenen Regelkreises der durch einen
Kugelrampenaktuator betätigten erfindungsgemäßen Trägheitsbremse; und
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Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung der
erfindungsgemäßen Trägheitsbremse, die in einem Getriebe
angebracht ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGS-
BEISPIELS
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In diesem Papier werden bestimmte Ausdrücke in der
nachfolgenden Beschreibung ausschließlich zur
Verdeutlichung und nicht beschränkend verwendet. Beispielsweise
beziehen sich die Ausdrücke "vorwärts" und "rückwärts" auf
die Vorwärts- und Rückwärtsrichtungen der Trägheitsbremse,
so wie diese an einem Getriebe angebracht ist. Die
Ausdrücke "nach rechts" und "nach links" beziehen sich auf
Richtungen in den Zeichnungen, auf die die Terminologie Bezug
nimmt. Die Ausdrücke "nach innen" und "nach außen" beziehen
sich auf Richtungen zu der geometrische Mitte der
erfindungsgemäßen Trägheitsbremseinrichtung hin bzw. von dieser
weg. Die Ausdrücke "aufwärts" und "abwärts" beziehen sich
auf Richtungen, wie sie aus den Zeichnungen hervorgehen,
auf die die Terminologie Bezug nimmt. Sämtliche oben
erwähnten Ausdrücke schließen deren übliche Abwandlungen und
äquivalente Bedeutungen ein. Der hier verwendete Ausdruck
Getriebe schließt alle Arten von Zahnradwechselgetrieben
ein, einschließlich solcher, die Einzelvorgelegewellen und
Zwillingsvorgelegewellen enthalten.
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Es wird nun gemäß Fig. 1 der Zeichnungen eine
Querschnittsansicht der erfindungsgemäßen Trägheitsbremse
erläutert. Eine erfindungsgemäße Trägheitsbremse 2 ist an
einer rotierenden Getriebewelle, beispielsweise der
Getriebevorgelegewelle 6 angebracht, die über Zahnräder mit einer
Getriebeeingangswelle 160 verbunden ist, um zusammen mit
dieser zu rotieren (siehe Fig. 5). Die
Getriebevorgelegewelle 6 trägt mehrere Getriebezahnräder (siehe
Vorgelegeräderwerk 172 in Fig. 5), die selektiv mit mehreren
Hauptwellenzahnrädern in Eingriff gebracht werden (siehe
Hauptwellenräderwerk 174 in Fig. 5). Zu bestimmten Zeitpunkten
während der Durchführung eines Schaltvorgangs, wird die
Vorgelegewelle 6 häufig rotieren und läuft dann wegen des
Trägheitsmomentes der Einrichtung weiter. Die Aufgabe der
Trägheitsbremse 2 ist es, eine bremsende Kraft für die
Getriebevorgelegewelle 6 zu liefern, wodurch die Drehzahl der
Getriebevorgelegewelle 6 reduziert wird, so dass das
Ver
schieben der Vorgelegezahnräder stattfinden kann, um diese
mit einem gewählten Hauptwellenzahnrad in Eingriff zu
bringen, oder um im Falle einer anderen Schalttechnik, bei der
eine Schiebekupplung verwendet wird, das gewünschte
Hauptwellenzahnrad, das sich in ständigem Eingriff mit einem
Vorgelegezahnrad befindet, an zu kuppeln. Die
Trägheitsbremse verzögert sowohl die Vorgelegewelle als auch die
Eingangswelle, während die Schiebekupplung das
Hauptwellenzahnrad ankuppeln kann. Die Arbeitsweise dieses Typs eines
Wechselgetriebes wird in dem US Patent 4 640 145
beschrieben. Die Getriebevorgelegewelle 6 ist in dem
Getriebegehäuse 14 durch ein Vorgelegelager 10 gelagert, damit die
Getriebevorgelegewelle 6 bezüglich des Getriebegehäuses 14
frei rotieren kann. An einem Ende der
Getriebevorgelegewelle 6 ist ein Abtriebsaufsatz 18 angebracht, der durch die
Sicherungsschraube 22 befestigt ist und drehfest so
angeschlossen ist, dass der Abtriebsaufsatz 18 gegen Drehung
gesichert mit der Getriebevorgelegewelle 6 verbunden ist.
Die Befestigungsplatte 26 lagert das
Trägheitsbremsengehäuse 28. Die Befestigungsplatte 26 und das
Trägheitsbremsengehäuse 28 können als Teil des Getriebegehäuses 14
ausgeformt sein.
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Das Gehäuse 28 der Trägheitsbremse enthält eine
Kupplungspackung 32 und einen Kugelrampenaktuator 36, der dazu
dient, die Kupplungspackung 32 axial vorzuspannen. Ein auf
der Mittellinie der Rotationsachse der
Getriebevorgelegewelle 6 liegender, in dem Spulengehäuse 56 gelagerter
Führungszapfen 40 trägt mehrere für ein einwandfreies
Funktionieren der Trägheitsbremse 2 erforderliche Komponenten.
Eine dieser Komponenten ist die Reibscheibe 44, die auf
zwei, auf dem Führungszapfen 40 sitzenden Lagern 46 und 48
rotiert. Eine elektrische Spule 52 ist in einem
Spulenge
häuse 56 eingebettet, das seinerseits dem in das
Spulengehäuse 56 eingepressten Führungszapfen 40 lagert. Das
Spulengehäuse 56 wiederum ist an dem Gehäuse 28 der
Trägheitsbremse angebracht, das an der Befestigunsplatte 26
befestigt ist, die an dem Getriebegehäuse 14 festgelegt ist.
Auch hier kann das Trägheitsbremsengehäuse 28 und die
Befestigungsplatte 26 einstückig zusammen mit dem
Getriebegehäuse 14 ausgebildet sein.
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Das Spulengehäuse 56 enthält eine Reibfläche 60, mit
der die Reibscheibe 64 in Reibeingriff kommt. Die
Reibfläche 60 ist bezüglich der Drehachse der Reibscheibe 64
kegelförmig gestaltet, um die axiale Kraft zu verringern, die
erforderlich ist, um ein vorgegebenes Moment auf die
Reibscheibe 64 zu übertragen. Ebenso ist die Umlauffläche der
Reibscheibe 64, die mit der Reibfläche 60 in Berührung
kommt, ähnliche konusförmig (wodurch ein Berührungswinkel
geschaffen wird), um eine nach dem Stand der Technik
bekannte Konuskupplung zu bilden. Die Reibscheibe 64 ist
Bestandteil des Ankers 44, der elektromagnetisch von der
Spule 52 angezogen wird, wenn über den Anschluss 66
elektrischer Strom zugeführt wird. Das elektromagnetische
Kraftfeld, das in dem Anker 44 insbesondere in dem Abschnitt des
Ankers 44, der die Reibscheibe 64 bildet, induziert wird,
bewirkt, dass der Anker 44 sich axial hin zu der Spule 52
bewegt und dabei die Reibscheibe 64 gegen die auf dem
Spulengehäuse 56 ausgebildete Reibfläche 60 presst. In einem
alternativen Ausführungsbeispiel könnte die Reibfläche 60
auf der Innenseite des Gehäuses 28 der Trägheitsbremse
ausgebildet sein.
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Die Reibscheibe 64 ist durch mehrere Betätigungszapfen
68 mit einem Steuerring 80 des Kugelrampenaktuators 36
ver
bunden. Auf diese Weise rotiert der Steuerring 80 zusammen
mit der Reibscheibe 64, und jeder über die Reibscheibe 64
in den Anker 44 induzierte Bremsvorgang wird auf den
Steuerring 80 des Kugelrampenaktuators 36 übertragen. Der
Steuerring 80 ist axial auf der Druckplatte 72 mittels eines
Drucklagers 76 gelagert. In dem Steuerring 80 sind mehrere
(üblicherweise meist drei oder mehr) in Umfangsrichtung auf
der Stirnseite des Steuerrings 80 verlaufende Nuten
ausgebildet, deren axiale Tiefe sich längs ihrer Erstreckung
verändert. Zwei der drei Nuten sind in Fig. 1 als Steuernut
90A und Steuernut 90C dargestellt. Der Wälzkörper 84A, der
Kugelform aufweist, rollt längs der Laufrichtung der
Steuernut 90A, deren Tiefe sich, wie weiter unten gemäß Fig. 2
beschrieben, verändert. Der Wälzkörper 84A rollt
gleichzeitig längs einer Aktivierungsnut 86A, die in dem
Aktivierungsring 88 ausgebildet ist, wobei die
Aktivierungsnuten 86A, 86B und 86C (siehe Fig. 2) im Wesentlichen in
ihrer Form identisch sind und ebenso radial zu den in dem
Steuerring 80 ausgebildeten entsprechenden Steuernuten 90A,
90B und 90C angeordnet sind. Ebenso ist in Fig. 1 die
Aktivierungsnut 86C zu sehen. Bei Aktivierung des
Kugelrampenaktuators 36, rollen, während der Steuerring 80 relativ zu
dem Aktivierungsring 88 in Drehung versetzt wird, die
Wälzkörper 84A, 84B und 84C entlang ihrer entsprechenden
Aktivierungsnuten 86A, 86B und 86C sowie ihrer entsprechenden
Steuernuten 90A, 90B und 90C. Da sowohl die
Aktivierungsnuten 86A, 86B und 86C als auch die entsprechenden
Steuernuten 90A, 90B und 90C in ihrer Tiefe variieren, ändert
sich der axiale Abstand zwischen dem Steuerring 80 und dem
Aktivierungsring 88 abhängig von der Position der
Wälzkörper 84A, 848 und 84C in ihren entsprechenden Aktivierungs-
und Steuernuten. Eine nähere Beschreibung der Elemente des
Kugelrampenaktuators 36 folgt weiter unten gemäß den Fig. 2
und 3. Es finden sich auch eingehende Beschreibungen des
Kugelrampenaktuators in den US Patenten 2 091 270; 2 605
877; 2 649 941; 3 000 479 und 5 372 106.
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Die Dicke des Distanzrings 92 ist in axialer Richtung
so bemessen, dass sie geringfügig größer ausfällt als die
Dicke des Kugelrampenaktuators 36, wenn er sich in einem
zusammengefallenen, nicht magnetisiertem Zustand befindet.
Der Distanzring 92 sorgt so für eine axiale Trennung der
Kupplungspackung 32 von dem Aktivierungsring 88 und dem
Drucklager 76 von dem Steuerring 80, so dass zwischen
diesen keine Reibkraft auftritt, die zu einer Aktivierung des
Kugelrampenaktuators 36 führen würde. Wenn der
Kugelrampenaktuator 36 durch die Spule 52 magnetisiert wird, wächst
der axiale trennende Abstand zwischen dem Steuerring 80 und
dem Aktivierungsring 88 an. Der Steuerring 80 wird durch
die Druckplatte 72 und das Drucklager 76 in seiner axialen
Stellung gehalten, während der Aktivierungsring 88 gegen
die Kupplungspackung 32 gepresst wird. Die Kupplungspackung
32 enthält mehrere Antriebsscheiben 96 und stationäre
Scheiben 100, wobei die Antriebsscheiben 96, dort wo sie
mit den stationären Scheiben 100 in Berührung gelangen, auf
ihren Stirnseiten mit Reibbelag 98 ausgestattet sind, und
sich die Antriebsscheiben 96 mit den stationären Scheiben
100 in ihrer Anordnung abwechseln. In einem alternativen
Ausführungsbeispiel kann das Reibmaterial 98 auf den
stationären Scheiben 100 aufgebracht sein. Die
Antriebsscheiben 96 sind eingeschlitzt, um Profilzähne 106 aufzunehmen,
die auf dem Abtriebsaufsatz 18 ausgebildet sind, der an der
Getriebevorgelegewelle 6 befestigt ist. Die stationären
Scheiben 100 sind eingeschlitzt, um Profilzähne 102
aufzunehmen, die in dem Gehäuse 28 der Trägheitsbremse
ausgeformt sind. Die Antriebsscheiben 96 werden von den
statio
nären Scheiben 100 mittels Distanzfedern 104 beabstandet
gehalten, die als Tellerfedern dargestellt sind, und deren
Funktion darin besteht, einen Spalt zwischen dem Reibbelag
98 auf den Antriebsscheiben 96 und den stationären Scheiben
100 aufrecht zu erhalten, bis eine axiale Kraft durch den
Kugelrampenaktuator 36 aufgebracht wird. Axiale Bewegung
des Kugelrampenaktuators 36 bewirkt, dass die Distanzfedern
104 zusammengedrückt werden, wodurch der auf den
Antriebsscheiben 96 aufgebrachte Reibbelag 98 funktionsgemäß mit
den Flächen der stationären Scheiben 100 in Eingriff
gelangen kann. Auf diese Weise wird eine Reibkupplung
zwischen dem Abtriebsaufsatz 18 an dem Getriebe und dem
stationären Trägheitsbremsengehäuse 28 hergestellt, die
bewirkt, dass die Rotation der Getriebevorgelegewelle 6
abgebremst wird und zwar graduell abhängig von der durch den
Kugelrampenaktuator 36 erzeugten axialen Kraft und dem Grad
der Reibkupplung zwischen den Antriebsscheiben 96 und den
stationären Scheiben 100. Die Trägheitsbremse 2 ist für den
Betrieb in einem Ölbad konstruiert, wodurch für Schmierung
der verschiedenen rotierenden Elemente gesorgt ist, wobei
der auf den Antriebsscheiben 96 aufgebrachte Reibbelag 98
so zusammengesetzt ist, dass für den geeigneten
Reibungskoeffizienten in einer Ölumgebung gesorgt ist, wenn er
gegen die stationären Scheiben 100 gepresst wird.
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Die Federscheibe 108 ist auf dem Anker 44 geführt und
erstreckt sich zu dem Aktivierungsring 88, um eine axiale
Kraft auf diesen zu übertragen, wobei die Axialkraft von
einer Rückholfeder 112 herrührt, die auf die Federscheibe
108 drückt. Die Rückholfeder 112 weist ein Ende auf, das
auf der Federscheibe 108 aufliegt, und ein zweites Ende,
das auf einem Federlager, insbesondere auf einer
Lagerscheibe 120 aufliegt, die gegen eine Vielzahl von Walzen
124 und eine Lagerscheibe 128 drückt, wobei die
Lagerscheibe 128 auf dem Anker 44 durch einen Seegerring 132 in
axialer Richtung fixiert ist. Das Federlager 116 ermöglicht
eine freie Drehbewegung der Rückholfeder 112 (die sich
zusammen mit der Federscheibe 108 und dem Aktivierungsring 88
dreht) relativ zu dem Anker 44. Auf diese Weise presst im
Betrieb die Federscheibe 108 den Aktivierungsring 88 gegen
den Steuerring 80 und hält so den Kontakt der Wälzelemente
84A, 84B und 84C sowohl zu dem Steuerring 80 als auch zu
dem Aktivierungsring 88 aufrecht. Hierdurch wird der
Kugelrampenaktuator 36 vorgespannt, um ein Verrutschen der
Wälzelemente 84A, 84B und 84C in ihren entsprechenden
Aktivierungsnuten 86A, 86B und 86C und in ihren entsprechenden
Steuernuten 90A, 90B und 90C zu verhindern. Aufgabe der
Rückholfeder 112 ist darüber hinaus, eine axiale Kraft auf
den Kugelrampenaktuator 36 auszuüben, um die
Kupplungspackung 32 zu entspannen, wenn die Spule 52 nicht erregt ist.
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Es wird nun an Hand der Fig. 2 und 3 der Zeichnungen
eine Ansicht der erfindungsgemäßen Trägheitsbremse,
teilweise geschnitten längs der Schnittlinie II-II der Fig. 1
erläutert. Fig. 2 veranschaulicht die Positionierung und
die Arbeitsweise der Wälzelemente 84A, 84B und 84C, wie sie
in ihren entsprechenden Aktivierungsnuten 86A, 86B und 86C
liegen, wobei die relative Drehbewegung des Steuerrings 80
in Bezug auf den Aktivierungsring 88 am besten in Fig. 3
anhand des Ausschnittes der Seitenansicht des Steuerrings
80 und des Aktivierungsrings 88 des erfindungsgemäßen
Kugelrampenaktuators 36 zu erkennen ist. Wie Fig. 2 weiter
zeigt, wird der Führungszapfen 40 von der Rückholfeder 112
und dem Federlager 176 umfasst. Die auf dem Abtriebsaufsatz
18 ausgebildeten Nabenprofilzähne 106 sind deutlich zu
erkennen, wobei die Antriebsscheiben 96 in bekannter Weise
geschlitzt sind, um mit diesen ineinander zu greifen. Das
Wälzelement 84A rollt entlang der Aktivierungsnut 86A und
dessen Position längs der Aktivierungsnut 86A hängt von der
von der Reibscheibe 64 hervorgebrachten Kraft ab, während
diese mit der Reibfläche 60 einkuppelt, wenn die Spule 52
erregt wird und dadurch den Anker 44 elektromagnetisch an
die Spule 52 und das Spulengehäuse 56 heranzieht. Wenn die
Vorgelegewelle 6 rotiert, bewirkt dies eine relative
Drehbewegung zwischen dem Steuerring 80 und dem
Aktivierungsring 88, was zur Folge hat, dass sich das Wälzelement 84A
längs der Aktivierungsnut 86A fortbewegt. In gleicher Weise
verhält sich das Wälzelement 84B, indem es eine
Translationsbewegung längs der Aktivierungsnut 86B ausführt,
während sich das Wälzelement 84C längs der Aktivierungsnut 86C
fortbewegt. Dies hat zur Folge, dass der trennende Abstand
zwischen dem Steuerring 80 und dem Aktivierungsring 88
anwächst, und dadurch die Kupplungspackung 32 in axialer
Richtung vorgespannt wird, wodurch eine verzögernde Kraft
auf den rotierenden Abtriebsaufsatz 18 ausgeübt wird.
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Im folgenden wird gemäß Fig. 3 gezeigt, wie während
der in der Zeichnung durch die Pfeile 82 und 83
angedeuteten Drehung des Steuerrings 80 relativ zu dem
Aktivierungsring 88, das Wälzelement 84A längs der Aktivierungsnut 86A
und in ähnlicher Weise längs der Steuernut 90A abrollt und
dadurch den Spalt 136 zwischen dem Steuerring 80 und dem
Aktivierungsring 88 vergrößert. Sowohl die Tiefe der
Steuernut 90A als auch der Aktivierungsnut 86A verändert sich
über deren gesamte Länge, wobei das Wälzelement 84A in der
Stellung gezeigt ist, in der der Kugelrampenaktuator 36
nicht magnetisch durchflossen ist und durch die
Rückholfeder 112 in den magnetisch nicht durchflossenen Zustand
zurückgebracht ist und dadurch den minimalen Abstand des
Trennungsspaltes 136 herstellt. Wenn die Spule 52 erregt
wird, wird die von der Reibscheibe 64 aufgebrachte,
bremsende Wirkung über die Betätigungszapfen 68 auf den
Steuerring 80 übertragen, wodurch der Steuerring 80 relativ zu
dem Aktivierungsring 88 gedreht wird, was wiederum dazu
führt, dass das Wälzelement 84A sowohl längs der
Aktivierungsnut 86A als auch entlang der Steuernut 90A abrollt.
Hierdurch wird der Trennungsspalt 136 erweitert und die
Kupplungspackung 32 vorgespannt, wodurch eine durch
Reibkraft hervorgerufene Bremswirkung auf die Drehbewegung der
Getriebewelle 6 ausgeübt wird. Für weitere Einzelheiten des
Aufbaus und der Arbeitsweise von ähnlichen
Kugelrampenaktuatoren wird nochmals auf die US Patente 2 091 270; 2 605
877; 2 649 941; 3 000 479 und 5 372 106 verwiesen.
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Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung eines
geschlossenen Regelsystems, wie es bei der durch
Kugelrampenaktuator betriebenen erfindungsgemäßen Trägheitsbremse
eingesetzt wird. Eine elektronische Steuereinheit 138
verarbeitet mehrere, von Sensoren 144 angebotene
Sensorausgangssignale 140, wie Motordrehzahl, Fahrzeuggeschwindigkeit,
Leistungsbedarf, Übersetzungsverhältnis, etc., um den
gewünschten Grad der Verringerung der Drehzahl der
Getriebevorgelegewelle 6 zu berechnen, der für die Durchführung des
gewünschten oder berechneten Wechsels des
Übersetzungsverhältnisses in dem Getriebe 152 erforderlich ist. Auf diese
Weise verarbeitet die elektrische Steuereinheit 138 die
Ausgangssignale 140 mehrerer Fahrzeugsensoren 144 und
stellt damit an ihrem Ausgang ein Verzögerungswertsignal
148 für die erforderliche Verzögerung der Getriebewelle 6
zur Verfügung, und zwar derart, dass dieses
Verzögerungswertsignal 148 an eine Trägheitsbremsensteuerung 142
weitergeleitet wird. Die Trägheitsbremsensteuerung 142
wieder
um erzeugt ein in Fig. 4 mit "i" bezeichnetes elektrisches
Steuersignal 150, das über die elektrische Anschlussleitung
66 in die Trägheitsbremse 2 eingespeist wird. Auf diese
Weise berechnet die elektronische Steuereinheit 138 auf der
Basis der Ausgangssignale einer Reihe von Sensoren 144 die
nötige Verzögerungsrate, um die für die Durchführung eines
raschen und zuverlässigen Gangwechsels erforderliche
Drehzahl der Getriebewelle (die eine Hauptwelle oder eine oder
mehrere Getriebevorgelegewellen sein kann) zu erhalten. Die
elektronische Steuereinheit 138 wiederum erzeugt ein
Verzögerungswertsignal 148, das an eine
Trägheitsbremsensteuerung 142 übertragen wird. Daraufhin erzeugt die
Trägheitsbremsensteuerung 142 ein Stromstärkesignal 150, dass der
Spule 52 zugeführt wird, wodurch der Kugelrampenaktuator 36
magnetisiert wird, und so der Kugelrampenaktuator 36
magnetisiert oder nicht magnetisiert werden kann, um die
gewünschte Vorspannung der Kupplungspackung 32 zu bewirken
und so die erforderliche, von der elektronischen
Steuereinheit 138 für die Vorgelegewelle 6 berechnete
Verzögerungsrate bereitzustellen. Statt die Trägheitsbremse 2
einfach nur einzuschalten und dann die Durchführung eines
Gangwechsels bei irgendeiner zufällig erzeugten
Verzögerungsrate des Vorgeleges zu versuchen, ist es auf diese
Weise möglich, die Verzögerungsrate durch Regulierung der
Stromstärke "I" in der Spule 52 zu regulieren, wodurch die
Reibwechselwirkung zwischen der Reibscheibe 64 und der auf
dem Spulengehäuse 56 ausgebildeten Reibfläche 60 reguliert
wird, wodurch wiederum der Aktivierungsgrad des
Kugelrampenaktuators 36 reguliert wird.
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Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung der
erfindungsgemäßen Trägheitsbremse 2, wie sie an einem
Getriebegehäuse 14 befestigt und an eine rotierende
Getriebevor
gelegewelle 6 zur Verbesserung von Schaltvorgängen
angeschlossen ist. In dem Getriebegehäuse 14 ist eine
Eingangswelle 160 gelagert, die von einem Antriebsaggregat, wie
z. B. einem Motor in Drehung versetzt wird und angekoppelt
ist und ihrerseits die Vorgelegewelle 6 durch den Eingriff
des Eingangsantriebszahnrads 164 und des
Vorgelegeantriebszahnrads 168 antreibt. Das Eingangsantriebszahnrad 164 ist
drehfest auf der Eingangswelle 160 befestigt und das
Vorgelegeantriebszahnrad 168 ist drehfest auf der
Vorgelegewelle 6 angebracht. Infolgedessen rotiert die
Vorgelegewelle 6 zusammen mit der Eingangswelle 160.
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Die Trägheitsbremse 2 ist an dem Getriebegehäuse 14
befestigt und über den Abtriebsaufsatz 18 an die
Vorgelegewelle 6 angeschlossen. Wenn die Trägheitsbremse 2 durch die
Trägheitsbremsensteuerung 142 aktiviert ist, verringert sie
die Drehzahl der Vorgelegewelle 6 und der Eingangswelle 160
und damit die Drehzahl des schematisch dargestellten
Vorgelegerädersatzes 172. Der Vorgelegerädersatz 172 enthält
eine Reihe von drehfest auf der Vorgelegewelle 6
befestigten Zahnrädern, die sich in ständigem Eingriff mit dem
Hauptwellenräderwerk 174 befinden, das mehrere drehbar auf
der Hauptwelle 178 angebrachte Zahnräder aufweist. Die
Hauptwelle 178 ist außerhalb des Getriebegehäuses 14 mit
dem Antriebsstrang des Fahrzeuges verbunden.
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Das Schalten des Getriebes erfolgt, indem die vordere
Schiebekupplung 182 oder die rückwärtige Schiebekupplung
184 in ein ausgewähltes Hauptwellenzahnrad aus dem
Hauptwellenrädersatz 174 eingerückt wird, wobei die
Schiebekupplung 182 bzw. 184 dazu dient, das ausgewählte Zahnrad
drehfest an die Hauptwelle 178 anzukuppeln und dadurch einen
Pfad zur Übertragung des Drehmomentes von der Eingangswelle
160 auf die Vorgelegewelle 6, auf die Hauptwelle 178 und
weiter auf den Antriebsstrang des Fahrzeugs zu schließen.
Die Arbeitsweise eines derartigen Getriebes ist in dem US
Patent 4 640 145 beschrieben. Während das bevorzugte
Ausführungsbeispiel anhand eines Wechselgetriebes mit
einzelner Vorgelege erläutert wurde, ist die erfindungsgemäße
Trägheitsbremse gleichermaßen in beliebigen Arten von
Wechselgetrieben anwendbar, in denen das Schalten verbessert
werden kann, indem ein verzögerndes Moment an einer
rotierende Welle aufgebracht wird. Dies schließt ein Getriebe
mit mehreren Vorgelegewellen mit ein, ist jedoch nicht
hierauf beschränkt.