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Die
Erfindung betrifft generell eine elektrische Schaltsteuereinheit
für Kraftübertragungssysteme,
genauer gesagt, eine elektrische Schaltsteuereinheit zur Verwendung
in den Antriebszugkomponenten von Motorfahrzeugen, wie beispielsweise
Verteilergetrieben und Getrieben.
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Schalteinheiten,
d.h. Vorrichtungen, mit denen eine Auswahl von zwei oder mehr Gängen oder
Drehzahlbereichen in den Antriebszugkomponenten von Motorfahrzeugen,
wie Getrieben und Verteilergetrieben, erreicht wird, sind über die
Jahre wesentlich weiter entwickelt worden. Anfangs waren derartige
Vorrichtungen ausschließlich
manuell betreibbar, d.h. wurden vom Fahrer betätigt, und besaßen eine
Vielzahl von parallelen Schaltschienen und Gabeln, die von einem
vom Fahrer gesteuerten Schalthebel wahlweise eingerückt und
bidirektional bewegt wurden.
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Mit
dem Aufkommen von automatischen Getrieben wurde der Schalthebel
von einer Drehzahlbereichswählvorrichtung
zu einer Wählvorrichtung
des Betriebsmodus, wobei die tatsächlichen Schaltvorgänge innerhalb
des Getriebes ohne eine signifikante Betätigung durch den Fahrer durchgeführt wurden.
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In
entsprechender Weise wurde die manuelle Steuerung der Drehzahlbereiche
eines Verteilergetriebes einer Evolution von einer direkten, manuellen
Steuerung zu einer Auswahl durch eine elektrische, hydraulische
oder pneumatische Betätigungsvorrichtung;
die durch die direkte Eingabe eines Fahrers oder einen Mikroprozessor
gesteuert wurde, unterzogen. Bei einer direkten manuellen Steuerung
kann der Schaltmechanismus frühen
Getriebenmechanismen entsprechen, beispielsweise einer einzigen
Schaltschiene, die bidirektional bewegt werden kann, um einen hohen
Gang, einen niedrigen Gang und eine Neutralposition einzurücken. Zahlreiche
andere mechanische Anordnungen finden Verwendung, um eine Auswahl
eines hohen und niedrigen Ganges zu erreichen. Ein Beispiel ist
in der
EP 0882 912 offenbart,
die ein Verteilergetriebe betrifft, bei dem die Schaltgabel ein
inneres Schraubengewinde aufweist und auf einer mit einem Gewinde
versehenen Schaltschiene angeordnet ist. Die Schaltschiene wird
drehbar von einem Motor angetrieben, um die Schaltgabel axial zu
verschieben. Die Position der Schaltgabel wird mit einem Sensor
abgetastet, der benachbart zur Schaltgabel angeordnet ist und die
Axialbewegung der Gabel abtasten kann. Wie nachfolgend erwähnt, sind derartige
Anordnungen nicht immer praktisch und können zu Unterbringungsproblemen
führen.
Alternativ dazu kann eine Schaltgabel gleitend auf einer festen
Schiene benachbart zu einer drehbaren Schaltschiene angeordnet sein.
Die drehbare Schaltschiene ist mit einer Energiespeichervorrichtung,
wie einer Feder, gekoppelt, die einen Nocken antreibt, der mit einem
Folger auf der Schaltgabel in Eingriff steht. Die Energiespeichervorrichtung
speichert Energie, so dass Schaltvorgänge, die durch das Aufeinandertreffen
der Zahnräder
nicht sofort beendet werden können,
bei einem zueinander ausgerichteten Einrücken der Zahnräder beendet
werden. Eine Vorrichtung dieses Typs ist in der
US 5 150 637 in Verbindung mit einer
Differentialgetriebekupplung beschrieben. Andere Einheiten, die
beispielsweise rotierende Sektorplatten oder Kugel-Gewinde-Betätigungseinheiten
benutzen, sehen eine bidirektionale Bewegung vor, um eine derartige
Gang- und Drehzahlauswahl zu erreichen.
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Bei
Integration mit einem Mikroprozessor oder einem anderen Steuersystem
ist es üblicherweise
erforderlich, in Realzeit die Position des Schaltelementes zu erfassen.
Bei derartigen komplexen Systemen ist es generell ratsam, eine derartige
Schaltelementposition so nah wie möglich an den tatsächlichen
Komponenten, d.h. den Zahnrädern,
an denen der Schaltvorgang durchgeführt wird, zu detektieren. Mit
anderen Worten, wenn die Einheit eine Energiespeichervorrichtung
aufweist, versteht es sich, dass die Antriebskomponenten des Mechanismus
sich in einer von den angetriebenen Komponenten entfernten Position
befinden können. Wenn
man dabei versucht, die Position der angetriebenen Komponenten aus
der der Antriebskomponenten zu erfassen, kann ohne weiteres ein
Positionsfehler eingeführt
werden. Andererseits kann die Installation von Positionssensoren
ausreichend nah am angetriebenen oder gesteuerten Element, d.h.
den Zahnrädern,
zu beträchtlichen
Unterbringungsproblemen führen.
Schalteinheiten, bei denen sichergestellt werden kann, dass die antreibenden
und angetriebenen Komponenten immer entsprechende Positionen einnehmen
und somit ermöglichen,
dass die Positionserfassung in der Nähe des Antriebsmechanismus
und nicht des angetriebenen Mechanismus stattfinden kann, vereinfachen
daher die Unterbringung und Montage. Die vorliegende Erfindung betrifft
eine derartige verbesserte Konstruktion.
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Die
vorliegende Erfindung sieht eine Schaltsteuereinheit für ein Verteilergetriebe
zum Auswählen
eines Betriebsmodus aus einer Vielzahl von Betriebsmodi vor, die
in Kombination umfasst:
ein Eingangselement,
eine Drehzahlreduziereinheit
mit einem Ausgang, ein Kupplungselement zum wahlweisen Einrücken von
mindestens dem Eingangselement und dem Ausgang der Drehzahlreduziereinheit,
eine
Schaltgabel, die das Kupplungselement einrückt und auf einer drehbaren
Schaltschiene angeordnet ist, die mit Hilfe eines elektrischen Antriebsmotors
mit einem Ausgang antreibbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Schaltschiene ein Paar von beabstandeten Nockenfolgern aufweist
und die Schaltgabel ein Paar von Nocken besitzt, wobei jeder der
Nocken mit einem entsprechenden Nockenfolger des Paares der Nockenfolger
in Eingriff steht,
eine Platte drehbar mit der Schaltschiene
angeordnet ist und eine Reihe von beabstandeten Öffnungen bildet,
eine
Vielzahl von Sensoren in abtastender Beziehung zu der Reihe der Öffnungen
angeordnet ist und
ein Getriebezug vorgesehen ist, um vom Ausgang
des Antriebsmotors angetrieben zu werden und die Schaltschiene anzutreiben.
Die Nocken können
schraubenförmige
Nockenflächen
aufweisen, die mit den Nockenfolgern in Eingriff stehen. Die Schaltschiene
kann sich bidirektional drehen, so dass die Schaltgabeleinheit und die
Kupplungsmanschette bidirektional bewegt werden können. Die
Platte, die sich zusammen mit der Schaltschiene dreht, kann kreisförmig ausgebildet
sein. Wenn sich die kreisförmige
Platte und die Schaltschiene drehen, können die Sensoren Kombinationen
von Signalen erzeugen, die einer Vielzahl von speziellen Winkelpositionen
der Schaltschiene und Translationsbewegungspositionen der Schaltgabel
entsprechen.
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Es
ist somit ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine elektrische
Schaltsteuereinheit für
eine Kraftübertragungsvorrichtung,
wie ein Getriebe oder Verteilergetriebe eines Motorfahrzeuges, vorzusehen.
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Es
ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine elektrische
Schaltsteuereinheit mit einer sich bidirektional drehenden Schaltschiene
zu schaffen, die mit einem Nocken und einer gleitend darauf angeordneten
Schaltgabel in Eingriff steht.
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Noch
ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung betrifft die Schaffung
einer elektrischen Schaltsteuereinheit mit einer mit Öffnungen
versehenen Platte, die an der rotierenden Schaltschiene befestigt
ist, und einer Vielzahl von Sensoren, die benachbart zu der mit Öffnungen
versehenen Platte angeordnet sind.
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Noch
ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf die
Schaffung einer elektrischen Schaltsteuereinheit mit einem Elektromotor
und einem Drehzahlreduziergetriebezug mit einem bidirektional rotierenden
Ausgang, der mit einer rotierenden Schaltschiene gekoppelt ist.
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Weitere
Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden in Verbindung
mit der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform und den beigefügten Zeichnungen
deutlich. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Komponenten,
Elemente oder Merkmale. Von den Zeichnungen zeigen:
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1 eine
schematische Draufsicht eines Motorfahrzeuges mit Vierradantrieb,
das ein Verteilergetriebe aufweist, welches eine Schaltsteuereinheit
gemäß der vorliegenden
Erfindung besitzt;
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2 eine
volle Schnittansicht eines Verteilergetriebes, das eine Schaltsteuereinheit
gemäß der vorliegenden
Erfindung aufweist;
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3 eine
vergrößerte Teilschnittansicht
einer Schaltsteuervorrichtungseinheit gemäß der vorliegenden Erfindung;
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4 eine
vergrößerte perspektivische
Teilansicht einer Schaltgabeleinheit gemäß der vorliegenden Erfindung;
und
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5 eine
vergrößerte Seitenansicht
einer Posi- tionscodiervorrichtung einer Schaltsteuereinheit gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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In 1 ist
ein Antriebszug eines vier Räder
aufweisenden Fahrzeuges schematisch dargestellt und mit dem Bezugszeichen 10 versehen.
Dieser Antriebszug 10 besitzt eine primäre Bewegungseinheit 12,
die mit einem Getriebe 14 gekoppelt ist und dieses direkt
antreibt. Das Getriebe 14 kann entweder ein Automatikgetriebe
oder ein manuell schaltbares Getriebe sein. Der Ausgang des Getriebes 14 treibt
direkt eine Verteilergetriebeeinheit 16 an, die Bewegungsenergie
auf eine primäre
oder hintere Antriebslinie 20 mit einer primären oder
hinteren Antriebswelle 22, einem primären oder hinteren Differential 24,
einem Paar von primären oder
hinteren Antriebsachsen 26 und einem entsprechenden Paar
von primären
oder hinteren Rad/Reifeneinheiten 28 überträgt.
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Die
Verteilergetriebeeinheit 16 überträgt ferner wahlweise Bewegungsenergie
auf eine sekundäre oder
vordere Antriebslinie 30 mit einer sekundären oder
vorderen Antriebswelle 32, einer sekundären oder vorderen Differentialeinheit 34,
einem Paar von sekundären
oder vorderen Antriebsachsen 36 und einem entsprechenden
Paar von sekundären
oder vorderen Rad/Reifeneinheiten 38. Die vorderen Rad/Reifeneinheiten 38 können direkt
mit einer aus dem Paar der Vorderachsen 36 gekoppelt sein,
oder, falls gewünscht,
kann ein Paar von manuell oder ferngesteuert aktivierbaren Verriegelungsnaben 42 zwischen
dem Paar der Vorderachsen 36 und einer entsprechenden Rad/Reifeneinheit 38 angeordnet
sein, um diese wahlweise zu verbinden. Schließlich kann sowohl die primäre Antriebslinie 20 als
auch die sekundäre
Antriebslinie 30 geeignete und in geeigneter Weise angeordnete
Universalgelenke 44 umfassen, die in herkömmlicher
Weise funktionieren, um statische und dynamische Versätze und
Fehlausrichtungen zwischen den diversen Wellen und Komponenten zu
ermöglichen.
Eine Steuerkonsole 46, die vorzugsweise innerhalb der Reichweite
des Fahrzeuglenkers angeordnet ist, besitzt einen Schalter oder
eine Vielzahl von einzelnen Schaltern oder Druckknöpfen 48,
die die Auswahl des Betriebsmodus der Verteilergetriebeeinheit 16 erleichtern,
wie später
beschrieben wird.
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Die
vorhergehende und nachfolgende Beschreibung betrifft ein Fahrzeug,
bei dem die hintere Antriebslinie 20 als primäre Antriebslinie
funktioniert, d.h. eingerückt
ist und im wesentlichen jederzeit in Betrieb ist, während die
vordere Antriebslinie 30 als sekundäre Antriebslinie wirkt, d.h.
nur zeitweise oder in sekundärer
bzw. ergänzender
Weise eingerückt
und in Betrieb ist, so dass ein derartiges Fahrzeug üblicherweise
als Fahrzeug mit Hinterradantrieb bezeichnet wird.
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Die
Bezeichnungen „primär" und „sekundär" werden hier anstelle
von „vorne" und „hinten" verwendet, da die
hier offenbarte und beanspruchte Erfindung auch ohne weiteres bei
Getrieben und Verteilergetrieben Verwendung finden kann, bei denen
die primäre
Antriebslinie 20 an der Vorderseite des Fahrzeuges und
die sekundäre
Antriebslinie 30 an der Rückseite des Fahrzeuges angeordnet
sind. Die Bezeichnungen „primär" und „sekundär" kennzeichnen daher
in umfassender und korrekter Weise die Funktion der einzelnen Antriebslinien
und nicht deren spezielle Lage.
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Wie
man den 1 und 2 entnehmen
kann, umfasst die Verteilergetriebeeinheit 16 der vorliegenden
Erfindung eine mehrstückige,
typischerweise gegossene Gehäuseeinheit 50 mit
planaren und kreisförmigen
Dichtungsflächen, Öffnungen
für Wellen
und Lager und diversen Ausnehmungen, Schultern Flanschen, Gegenbohrungen
u.ä., um
diverse Komponenten und Einheiten der Verteilergetriebeeinheit 16 aufzunehmen. Eine
Eingangswelle 52 besitzt Keilnuten oder Zähne 54 oder
eine andere geeignete Ausgestaltung, die den Ausgang des in 1 dargestellten
Getriebes 14 treibend mit der Eingangswelle 52 verbinden.
Die Eingangswelle 52 wird extern von einem reibungsarmen
Lager, wie der Kugellagereinheit 56, und intern von einem
reibungsarmen Lager, wie der Rollenlagereinheit 58, drehbar
gelagert. Die Rollenlagereinheit 58 ist an einem Abschnitt
mit reduziertem Durchmesser einer Ausgangswelle 60 angeordnet.
Eine Öldichtung 62,
die zwischen der Eingangswelle 52 und der Gehäuseeinheit 50 angeordnet
ist, bildet dazwischen eine geeignete strömungsmitteldichte Dichtung.
Das gegenüberliegende
Ende der Ausgangswelle 60 wird von einem reibungsarmen
Lager, wie einer Kugellagereinheit 64, gelagert. Eine Endkappe
oder Dichtung 66 verschließt das Ende eines Axialkanals 68 in
der Ausgangswelle 60. Eine Gerotorpumpe P findet typischerweise
Verwendung, um Schmiermittel und Kühlmittel dem Axialkanal 68 zuzuführen, das
auf diese Weise über
eine Vielzahl von radialen Öffnungen
in der Ausgangswelle 60 auf die Komponenten der Verteilergetriebeeinheit 16 verteilt
wird.
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Die
Verteilergetriebeeinheit 16 besitzt ferner eine Planetengetriebeeinheit
(epizyklische Einheit) 70 mit zwei Drehzahlen, die um die
Eingangswelle 52 angeordnet ist. Die Planetengetriebeeinheit 70 besitzt
eine Sonnenradmanschette 72 mit einer Vielzahl von externen
Zähnen 74 und
einer Vielzahl von Keilnuten oder Innenzähnen 76. Die Keilnuten
oder Innenzähne 76 stehen
mit komplementär
ausgebildeten externen Keilen oder Zähnen 78 in Eingriff,
die auf der Eingangswelle 52 ausgebildet sind. Radial ausgerichtet
zum Sonnenrad 72 und seinen Zähnen 74 ist ein Ringrad 80 mit
Innenzähnen 82.
Das Ringrad 80 wird von einer geeigneten Haltekonstruktion,
wie einem Vorsprung oder einer Lippe 84, die in der Gehäuseeinheit 50 ausgebildet
ist, und einem damit zusammenwirkenden Schnappring 86,
fest in der Gehäuseeinheit 50 gehalten.
Eine Vielzahl von Ritzeln 88 ist drehbar auf einer entsprechenden
Vielzahl von reibungsarmen Lagern, wie Rollenlagern 90,
angeordnet, welche wiederum von einer entsprechenden Vielzahl von
Stummelwellen 92 gelagert und positioniert werden. Die
Vielzahl der Stummelwellen 92 ist in einem Planetenträger 94 montiert
und daran befestigt. Der Planetenträger 94 besitzt eine
Vielzahl von Keilnuten oder Innenzähnen 96. Die Planetengetriebeeinheit 70 wird
vollständiger
in der US-PS 4 440 042 beschrieben.
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Die
Planetengetriebeeinheit 70 besitzt des weiteren eine Klauenkupplung
oder Kupplungsmanschette 100, welche längliche Innenkeile oder Innenzähne 102 bildet.
Diese Innenkeile oder Innenzähne 102 der
Kupplungsmanschette 100 sind gleitend auf einer komplementären Vielzahl
von externen Keilen oder Zähnen 104 auf
der Ausgangswelle 60 aufgenommen. Die Kupplungsmanschette 100 dreht
sich somit zusammen mit der Ausgangswelle 60, kann aber
bidirektional entlang derselben bewegt werden. Die Kupplungsmanschette 100 besitzt
ferner externe Keile oder Zähne 106 an
einem Ende, die in jeglicher Hinsicht komplementär zu den Innenkeilen oder Innenzähnen 96 am
Planetenträger 94 ausgebildet
sind. Das Ende der Kupplungsmanschette 100 gegenüber den
Zähnen 96 bildet
einen sich in Umfangsrichtung und Radialrichtung erstreckenden Flansch 108.
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Die
Kupplungsmanschette 100 kann drei Positionen und Betriebsmodi
einnehmen. Im unteren Abschnitt der 2 ist die
Kupplungsmanschette 100 in ihrer linken oder Direktantriebsposition
dargestellt. Ein Direktantrieb wird erreicht, wenn die Innenkeile
oder Innenzähne 102 der
Kupplungsmanschette 100 mit den externen Keilen oder Zähnen 78 auf
der Eingangswelle 62 in Eingriff stehen und auf diese Weise
die Eingangswelle 52 direkt mit der Ausgangswelle 60 koppeln
und einen direkten Antrieb oder Antrieb im hohen Gang hierzwischen
vorsehen.
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Wenn
die Kupplungsmanschette 100 aus der im unteren Abschnitt
der 2 dargestellten Position in die im oberen Abschnitt
der 2 dargestellte Position nach rechts bewegt wird,
wird die von der Planetengetriebeeinheit 70 erreichte Drehzahlreduzierung
durch Eingriff der externen Keile oder Zähne 106 auf der Kupplungsmanschette 100 mit
den inneren Keilen oder Zähnen 96 auf
dem Planetenträger 94 realisiert.
In diesem eingerückten
Zustand ist die Planetengetriebeeinheit 70 aktiv und sorgt
für eine
Drehzahlreduzierung, typischerweise in einem Bereich von 3:1 bis
4:1, zwischen der Eingangswelle 52 und der Ausgangswelle 60.
Zwischen diesen beiden Positionen befindet sich eine neutrale Position.
In der zentralen neutralen Position sind sowohl die Eingangswelle 52 als
auch der Planetenträger 94 von
der Ausgangswelle 60 getrennt, und es wird keine Kraft
zwischen diesen übertragen.
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Wie
in den 2 und 3 gezeigt, wird die Position
der Kupplungsmanschette 100 über eine elektrische Schaltsteuereinheit 110 festgelegt.
Diese Schaltsteuereinheit 110 besitzt ein Hilfsgehäuse 112,
das vorzugsweise aus Kunststoff besteht. Das Hilfsgehäuse 112 weist
diverse Öffnungen
und Gegenbohrungen auf, die Komponenten der elektrischen Schaltsteuereinheit 110 aufnehmen
und diese Komponenten schützen.
Am Hilfsgehäuse 112 ist
ein elektrischer Antriebsmotor 114 mit einer Ausgangswelle 116,
die mit einem Antriebsritzel 118 in Verbindung steht, befestigt.
Das Antriebsritzel 118 kämmt in konstanter Weise mit
den Zähnen
eines ersten Stirnrades 120, das auf einer Stummelwelle 122 angeordnet
ist, welche in geeignet angeordneten Gegenbohrungen 124 sitzt,
die im Hilfsgehäuse 112 ausgebildet
sind, wie vorstehend erwähnt.
Das erste Stirnrad 120 ist mit einem zweiten Ritzel 126 gekoppelt
oder einstückig
mit diesem ausgebildet. Das zweite Ritzel bewirkt eine zweite Drehzahlreduzierung
mit einem zweiten Stirnrad 128. In entsprechender Weise
ist das zweite Stirnrad 128 an einer Stummelwelle 130 befestigt,
die in geeignet ausgerichteten Gegenbohrungen 132 angeordnet
ist, welche im Hilfsgehäuse 112 ausgebildet
sind. Ein drittes Ritzel 134 ist am zweiten Stirnrad 128 befestigt
oder einstückig
hiermit ausgebildet und bewirkt eine dritte Drehzahlreduzierung,
wenn es ein drittes Stirnrad 138 antreibt. Das dritte Stirnrad 138 ist
fest an einer Ausgangswelleneinheit 140 angebracht und
dreht sich mit dieser. Die Ausgangswelleneinheit 140 besitzt
eine kreisförmige
Scheibe oder Platte 142, die an einer Ausgangswelle 144 befestigt
oder hiermit einstückig
ausgebildet ist, welche in einer Gegenbohrung 146 und einer
Hülse 148 in
einem großen
Durchgangskanal 152 gelagert ist.
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wie
die 3 und 5 zeigen, ist an der kreisförmigen Platte 142 über irgendwelche
geeigneten Mittel, wie Nieten, eine flache, mit Öffnungen versehene Platte oder
Scheibe 154 befestigt, die eine Reihe von gekrümmten Öffnungen 156 aufweist,
welche in Bahnen 158A, 158B und 158C in
einer Konfiguration angeordnet sind, welche zu Gray-Code-Daten analog
ist und diese erzeugt, wenn sich die kreisförmige Platte 142 an
einer Vielzahl von kontaktfreien Sensoren 160A, 160B und 160C vorbei
dreht. Vorzugsweise besteht die mit Öffnungen versehene Scheibe 154 aus
Eisen und besitzt magnetische Eigenschaften, um mit den bevorzugten
Hall-Effekt-Sensoren 160A, 160B und 160C zusammenzuwirken,
wie nachfolgend beschrieben. Sie kann jedoch auch aus irgendwelchen
anderen Materialien bestehen, die in geeigneter Weise mit dem speziellen
Typ der verwendeten Sensoren 160A, 160B und 160C zusammenwirken.
Jeder der Sensoren 160A, 160B und 160C ist
mit einer der Bahnen 158A, 158B und 158C der Öffnungen 156 in
der kreisförmigen
Platte 154 ausgerichtet. Die Sensoren 160A, 160B und 160C sind
vorzugsweise Hall-Effekt-Sensoren,
obwohl auch andere Typen von Sensoren, wie optische Sensoren oder
Sensoren mit variabler Reluktanz, Verwendung finden können.
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Wie
aus
5 und der folgenden Tabelle I hervorgeht, wird
durch die schrittweise Drehung der kreisförmigen Platte
154 eine
Vielzahl von Signalkombinationen von den Sensoren
160A,
160B und
160C erzeugt, die
dann die Position der kreisförmigen
Platte einem zugehörigen
Mikroprozessor (nicht gezeigt) mitteilen. In der nachfolgenden Tabelle
I ist mit H ein hoher Gang, mit N eine Neutralposition und L ein
niedriger Gang bezeichnet. Mit I
1 bis I
4 sind Zwischenpositionen zwischen den drei
gewünschten
Betriebspositionen und Betriebsmodi gekennzeichnet. Tabelle
I Position
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In
Abhängigkeit
von der erforderlichen Auflösung,
d.h. wie viele detektierte und codierte Positionen der kreisförmigen Platte 154 erforderlich
sind, sowie den logischen Fähigkeiten
und Betriebsfähigkeiten
des Mikroprozessors sowie von dessen Software kann auch eine kreisförmige Platte 154 Verwendung
finden, die zwei Bahnen und zwei Sensoren oder vier Bahnen und vier
Sensoren aufweist. Die Ausgangssignale der Sensoren 160A, 160B und 160C werden
Ausgangsklemmen 162 auf einer Schaltungsplatte oder einer
entsprechenden isolierenden Montageeinrichtung 164 zugeführt und
dann an geeignete elektrische Leitungen (nicht gezeigt) abgegeben.
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Die
Ausgangswelle 144 besitzt ferner eine Gegenbohrung 174 mit
Innenkeilen 176, die komplementär ausgebildete Außenkeile 178 auf
einer drehbaren Schaltschiene 180 aufnehmen. Eine Öldichtung 184 sorgt für eine geeignete
Strömungsmitteldichtung
zwischen der Schaltschiene 180 und der Gehäuseeinheit 50.
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Wie
man den 2 und 4 entnehmen
kann, erstreckt sich die drehbare Schaltschiene 180 über die
Gehäuseeinheit 50.
Ihr gegenüberliegendes
Ende sitzt in einer geeigneten Gegenbohrung 176, die in
der Gehäuseeinheit 50 ausgebildet
ist. Ein Paar von beabstandeten und radial angeordneten Streben
oder Stummelwellen 190 sitzt fest in Radialkanälen 192 in
der Schaltschiene 180. Die Stummelwellen 190 besitzen
vergrößerte Köpfe, die
frei drehbare Nockenfolger oder Rollen 194 darauf halten.
Zwischen den beabstandeten Streben oder Stummelwellen 190 und
den Rollen 194 ist eine Schaltgabeleinheit 200 angeordnet.
Diese Schaltgabeleinheit 200 besitzt einen Korpus 202 mit
einem Durchgangskanal 204, der so bemessen ist, dass er
die Schaltschiene 180 gerade frei drehbar aufnimmt. An
jedem Ende des Schaltgabelkorpus 202 ist ein schraubenförmiger Nocken 206 angeordnet.
Vorzugsweise ist der Winkel der schraubenförmigen Nocken 206 so
ausgewählt,
dass hierdurch die Kräfte
ausgeglichen werden, die aus dem Widerstand des automatischen Getriebes 14 in
der Neutralposition resultieren. Die schraubenförmigen Nocken 206 sind
entsprechend angeordnet, so dass der axiale Abstand von entsprechenden
Punkten auf ihren Oberflächen
gerade geringfügig kleiner
ist als der Abstand zwischen den Innenflächen der Rollen 194.
Eine sich axial erstreckende Fläche
oder Schulter 208, die eine Diskontinuität in den
schraubenförmigen
Nocken 206 bildet, wirkt als Zwangsanschlag in einer Drehrichtung,
wenn sie mit einer der Rollen 196 in Eingriff tritt.
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Die
Schaltgabeleinheit 200 besitzt ferner eine schief verlaufende
Bahn 210, die in einem Schaltjoch 212 endet, das
Ohren aufweist, die einen diskontinuierlichen halbkreisförmigen Kanal
oder eine entsprechende Nut 214 bilden. Der halbkreisförmige Kanal
oder die Nut 214 nimmt den Flansch 108 der Kupplungsmanschette 100 auf
und steht mit diesem in Eingriff. Durch einen derartigen Eingriff
wird eine Drehung der Schaltgabeleinheit 200 verhindert.
Wenn sich daher die Schaltschiene 180 und die Nockenfolger
oder Rollen 194 drehen, bewegen sich die Schaltgabeleinheit 200 und
insbesondere das Joch 212 sowie die Kupplungsmanschette 100 in
Axialrichtung in beiden Richtungen. Durch eine derartige Bewegung
des Jochs 212 wird ein wahlweises Einrücken der Kupplungsmanschette 100 und
eine Auswahl des hohen Ganges, der Neutralposition oder des niedrigen
Ganges erreicht, wie vorstehend erläutert.
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Wie
man ferner 2 entnehmen kann, besitzt die
Verteilergetriebeeinheit 16 ferner eine elektromagnetisch
betätigte
Kupplungseinheit 220 vom Scheibenpackungstyp. Diese Kupplungseinheit 220 ist
um die Ausgangswelle 60 angeordnet und hat ein kreisförmiges Antriebselement 222,
das mit der Ausgangswelle 60 gekoppelt ist, beispielsweise über eine
Keilverbindung. Das kreisförmige
Antriebselement 222 besitzt eine Vielzahl von mit Umfangsabstand
angeordneten Ausnehmungen 226 in der Form eines schiefen
Schnittes eines Schraubentorus. Jede der Ausnehmungen 226 empfängt eine
aus einer entsprechenden Vielzahl von lastübertragenden Kugeln 228.
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Ein
kreisförmiges
angetriebenes Element 232 ist benachbart zum kreisförmigen Antriebselement 222 angeordnet
und besitzt eine entsprechende Vielzahl von gegenüberliegenden
Ausnehmungen 234, die die gleiche Form wie die Ausnehmungen 226 aufweisen.
Die schiefen Seitenwände
der Ausnehmungen 226 und 234 wirken als Rampen
oder Nocken und wirken mit den Kugeln 228 zusammen, um
in Abhängigkeit
von einer Relativdrehung hierzwischen die kreisförmigen Elemente 222 und 232 voneinander
weg zu treiben. Es versteht sich, dass die Ausnehmungen 226 und 234 und
die lastübertragenden
Kugeln 228 auch durch irgendwelche anderen analogen mechanischen
Elemente versetzt werden können,
die eine Axialverschiebung der kreisförmigen Elemente 222 und 232 in
Abhängigkeit
von einer Relativdrehung hierzwischen bewirken können. Beispielsweise können auch
konische Rollen Verwen dung finden, die in komplementär ausgebildeten
konischen Schraubenlinien angeordnet sind.
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Das
kreisförmige
angetriebene Element 232 erstreckt sich radial nach außen und
ist an einem Weicheisenrotor 236 befestigt. Ein Anker 242 ist
benachbart zur Stirnfläche
des Rotors 236 angeordnet. Der Rotor 236 umgibt
eine elektromagnetische Spule 244 auf drei Seiten.
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Diese
elektromagnetische Spule 244 wird vorzugsweise über eine
Pulsbreitenmodulationssteuerung (PWM) von einem elektrischen Leiter 246 mit
elektrischer Energie versorgt. Durch das Pulsbreitenmodulationsschema
wird der der elektromagnetischen Spule 244 der elektromagnetischen
Kupplungseinheit 220 zugeführte Durchschnittsstrom und
somit der Drehmomentdurchsatz durch die Kupplungseinheit 220 vom
Scheibenpackungstyp erhöht
oder erniedrigt, wie nachfolgend detaillierter erläutert wird,
indem die EIN-Zeit (Taktzyklus) eines Antriebssignals erhöht oder
erniedrigt wird. Natürlich
können
auch andere Modulationssteuertechniken Verwendung finden, um ein
Einrücken
und Ausrücken
der elektromagnetischen Kupplungseinheit 220 vom Scheibenpackungstyp
zu ermöglichen.
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Durch
die Versorgung der elektromagnetischen Spule 244 mit elektrischer
Energie wird der Anker 242 mit dem Rotor 236 magnetisch
angezogen. Diese magnetische Anziehung bewirkt einen Reibkontakt
des Ankers 242 mit dem Rotor 236. wenn sich die
Ausgangswelle 60 mit einer anderen Geschwindigkeit dreht
als der Anker 242, wird dieser Reibkontakt zu einem Reibdrehmoment,
das von der Ausgangswelle 60 über das kreisförmige Antriebselement 222 und
die lastübertragenden
Kugeln 228 auf das kreisförmige angetriebene Element 232 übertragen
wird. Das resultierende Reibdrehmoment bewirkt, dass die Kugeln 228 die
Rampen der Ausnehmungen 226 und 234 hinauflaufen
und eine Axialverschiebung des kreisförmigen Antriebselementes 222 bewirken.
Durch diese Axialverschiebung des kreisförmigen Antriebselementes 222 wird
eine Beaufschlagungsplatte 248 axial in Richtung auf eine
Kupplungseinheit 250 mit Scheibenpackung verschoben. Eine Druckfeder 252,
die einen Stapel von Tellerfedern aufweisen kann, sieht eine Rückzugskraft
vor, die das kreisförmige
Antriebselement 222 in Richtung auf das kreisförmige angetriebene
Element 232 vorspannt und die lastübertragenden Kugeln 228 in
Mittelpositionen in den kreisförmigen
Ausnehmungen 226 und 234 zurückführt, um für ein maximales Spiel und eine
maximale Reibung zwischen den Komponenten der elektromagnetischen
Kupplungseinheit 220 zu sorgen, wenn diese deaktiviert
ist. Ein wichtiger Konstruktionsaspekt der Ausnehmungen 226 und 234 und
der Kugeln 228 besteht darin, dass die Geometrie ihrer
Konstruktion sowie die Konstruktion der Druckfeder 252 und
das Spiel in der Scheibenpackungseinheit 250 sicherstellen,
dass die elektromagnetische Kupplungseinheit 220 nicht
selbstverriegelnd ist. Die elektromagnetische Kupplungseinheit 220 darf
nicht selbstverriegelnd sein, sondern muss vielmehr zu einem gesteuerten
proportionalen Einrücken
und einer Drehmomentübertragung
in direkter Ansprache auf das modulierende Steuereingangssignal
in der Lage sein.
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Die
Scheibenpackungskupplungseinheit 250 besitzt eine erste
Vielzahl von kleineren Reibplatten oder Scheiben 254. Diese erste
Vielzahl von Scheiben 254 ist über miteinander kämmende Keile
mit einer Kupplungsnabe 256 verbunden, welche mit der Ausgangswelle 60 verbunden
ist, um sich mit dieser zu drehen. Eine zweite Vielzahl von größeren Reibplatten
oder Scheiben 258 ist über
kämmende
Keile mit einem Ringgehäuse 260 verbunden,
um sich mit diesem zu drehen, und ist mit der ersten Vielzahl von
Reibscheiben 254 verschachtelt.
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Das
Ringgehäuse 260 ist
konzentrisch um die Ausgangswelle 60 angeordnet und über eine
Vielzahl von miteinander kämmenden
Keilen oder Nasen und Ausnehmungen 264 mit einem Antriebskettenrad 262 verbunden.
Das Antriebskettenrad 262 ist frei drehbar auf der Ausgangswelle 60 angeordnet
und wird von einer Lagereinheit bzw. Nadellagereinheit 266 gelagert.
Wenn die Kupplungseinheit 220 eingerückt ist, überträgt sie Energie von der Ausgangswelle 60 auf
das Antriebskettenrad 262. Eine Antriebskette 268 ist
um das Antriebskettenrad 262 geschlungen und überträgt Drehenergie
auf ein angetriebenes Kettenrad 270. Das angetriebene Kettenrad 270 steht über miteinander
kämmende
Keile 274 mit einer vorderen (sekundären) Ausgangswelle 272 der
Verteilergetriebeeinheit 16 in Verbindung.
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Die
Verteilergetriebeeinheit 16 besitzt ferner einen ersten
Hall-Effekt-Sensor 280 mit einer Ausgangsleitung 282,
der in enger abtastender Beziehung zu einer Vielzahl von Zähnen auf
einem ersten Unterbrecherrad 286 angeordnet ist, das mit
der hinteren (primären)
Ausgangswelle 60 gekoppelt ist und sich mit dieser dreht.
Ein zweiter Hall-Effekt-Sensor 290 besitzt
eine Ausgangsleitung 292 und ist in enger abtastender Beziehung
zu einer Vielzahl von Zähnen
auf einem zweiten Unterbrecherrad 296 angeordnet, das benachbart
zum angetriebenen Kettenrad 270 auf der vorderen Ausgangswelle 272 angeordnet
ist. Vorzugsweise ist die Anzahl der Zähne auf dem erste Unterbrecherrad 286 mit
der Anzahl der Zähne
auf dem zweiten Unterbrecherrad 296 identisch, so dass
identische Wellengeschwindigkeiten zur gleichen Zahl von Impulsen
pro Zeiteinheit von den Hall-Effekt-Sensoren 280 und 290 resultieren.
Dies vereinfacht die Berechnungen in bezug auf die Wellendrehzahlen
und verbessert die Genauigkeit sämtlicher
logischer Entscheidungen auf der Basis von derartigen Daten und
Berechnungen. Was die tatsächliche
Anzahl der Zähne
am ersten Unterbrecherrad 286 und zweiten Unterbrecherrad 296 anbetrifft,
so kann diese von dreißig
bis vierzig Zähnen
oder mehr oder weniger in Abhängigkeit
von den Drehzahlen der Sensorkonstruktion variieren.
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Der
erste und zweite Hall-Effekt-Sensor 280 und 290 tasten
die entsprechenden benachbarten Zähne ab und liefern eine Reihe
von Impulsen in den Leitungen 282 und 292, die
dazu verwendet werden können, um
die momentanen Drehzahlen der hinteren Ausgangswelle 60 und
der vorderen Ausgangswelle 272 zu berechnen, die natürlich den
Drehzahlen der hinteren Antriebswelle 22 und vorderen Antriebswelle 32 entsprechen.
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Die
Verteilergetriebeeinheit 16, die eine elektrische Schaltsteuereinheit 110 gemäß der vorliegenden Erfindung
aufweist, sorgt für
eine verbesserte Betriebssteuerung und Positionierung einer Kupplungsmanschette,
wie beispielsweise der Kupplungsmanschette 100, sowie Positionsanzeige einer
derartigen Kupplungsmanschette 100. Ein derartiger verbesserter
Betrieb ist das Ergebnis von diversen Merkmalen dieser Einheit.
Als erstes wird durch die Befestigung der flachen, mit Öffnungen
versehenen Platte oder Scheibe 154, so dass diese sich
zusammen mit der Schaltschiene 180 und somit mit der Schaltgabeleinheit 200 dreht
und immer deren Position wiedergibt, sichergestellt, dass jede beliebige
Steuereinheit oder jeder beliebige Mikroprozessor eine genaue Information
in bezug auf die Position dieser Komponenten empfängt. Die
kontaktfreien Hall-Effekt-Sensoren 160A, 160B und 160C stellen
sowohl eine hohe Auflösung
in bezug auf die Position der Schaltgabeleinheit 200 als
auch eine verbesserte Zuverlässigkeit
sicher.
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Da
ein Auftreffen der Zahnradzähne
stattfinden kann, wenn ein Einrücken
der Kupplungsmanschette 100 versucht wird, und da der elektrische
Antriebsmotor 114 in wirksamer Weise die Kupplungsmanschette 100 direkt
antreibt, d.h. keine elastische Kupplung oder Energiespeichervorrichtung
in der Einheit 110 vorhanden ist, ist vorgesehen, dass
Schaltvorgänge,
die infolge eines Auftreffens der Zähne nicht voll-ständig beendet
werden können,
von den Sensoren 160A, 160B und 160C detektiert
werden und dass ein derartiger Schaltbefehl einstweilen zurückgezogen
und dann von der Software einer zugehörigen Steuereinheit oder eines
Mikroprozessors wiederholt wird. Eine derartige Schaltwiederholung,
Schaltsequenzbildung oder ein derartiges Schaltverbot kann auch über eine
geeignete zugehörige
Software realisiert werden.
