DE102006011644A1

DE102006011644A1 - Vorrichtung mit einem ersten Getriebeteil zum Einspuren in ein zweites Getriebeteil, insbesondere Startvorrichtung mit einem Ritzel zum Einspuren in einen Zahnkranz einer Brennkraftmaschine sowie Verfahren zum Betrieb einer derartigen Vorrichtung

Info

Publication number: DE102006011644A1
Application number: DE102006011644A
Authority: DE
Inventors: Klaus Heyers; Jie Ge; Apostolos Tsakiris; Jochen Heusel; Martin Neuburger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2006-03-06
Filing date: 2006-03-06
Publication date: 2007-09-13
Also published as: RU2448270C2; EP1994274B1; BRPI0708639A2; JP2009529114A; US20100282199A1; US8857397B2; CN101432519A; EP1994274A1; JP5193068B2; KR20080098654A; RU2008139499A; WO2007101770A1

Abstract

Vorrichtung mit einem ersten Getriebeteil (23) zum Einspuren in ein zweites Getriebeteil (26), insbesondere Startvorrichtung mit einem Ritzel zum Einspuren in einen Zahnkranz einer Brennkraftmaschine (29), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Mittel (56, 53, 45) vorhanden ist, durch das ein Bewegungszustand des ersten Getriebeteils (23) und ein Bewegungszustand des zweiten Getriebeteils (26) ermittelbar ist. Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung (20) mit einem ersten Getriebeteil (23) zum Einspuren in ein zweites Getriebeteil (26), insbesondere Startvorrichtung mit einem Ritzel zum Einspuren in einen Zahnkranz einer Brennkraftmaschine (29), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Mittel (56, 53, 45) vorhanden ist, durch das ein Bewegungszustand des ersten Getriebeteils (23) und ein Bewegungszustand des zweiten Getriebeteils (26) ermittelt wird.

Description

Stand der Technik

Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 197 02 932 A1 ist eine Startvorrichtung mit einem Ritzel zum Einspuren in einen Zahnkranz einer Brennkraftmaschine offenbart. Diese dort offenbarte Startvorrichtung ist ganz besonders dazu geeignet, im so genannten Start-Stop-Betrieb betrieben zu werden. Das heißt, dass die technisch mögliche Startanzahl dieser Startvorrichtung auf das fünf- bis zehnfache eines üblichen Werts einer Startvorrichtung gesteigert ist. Ermöglicht wird dies dadurch, dass das sogenannte Einrückrelais dieser Startvorrichtung auf spezielle Weise getaktet betrieben wird. Durch diese spezielle Taktung dieses Einrückrelais wird ermöglicht, dass das Ritzel vor dem Einspuren in den Zahnkranz weniger stark beschleunigt wird und somit die Aufprallkräfte des Ritzels bzw. die Kräfte zwischen dem Ritzel und dem Zahnkranz vermindert sind gegenüber einer üblichen Startvorrichtung. Der durch den Gebrauch verbundene Verschleiß ist somit stark vermindert; die Haltbarkeit verbessert.

Wird eine derartige Startvorrichtung im so genannten Start-Stop-Betrieb eines Fahrzeugs betrieben, so tauchen Situationen auf, in denen relativ schnell ein Einspuren des Ritzels und ein Andrehen der Brennkraftmaschine erfolgen soll. Dies ist ganz besonders dann der Fall, wenn beispielsweise ein Fahrzeug vor einer auf „Halt" stehenden Ampel zum Stehen kommt, jedoch beispielsweise bereits noch während des Auslaufens der Brennkraftmaschine wieder klar und eindeutig die Brennkraftmaschine in Betrieb genommen werden soll, weil beispielsweise die Ampel auf „Fahren" umgeschaltet wird. In einem solchen Fall muss zunächst der Stillstand der Brennkraftmaschine abgewartet werden, damit das Ritzel der Startvorrichtung in den Zahnkranz eingespurt werden kann. Bei einer derartigen Betriebsweise kann daher eine Sicherheits- und Komforteinbuße hinsichtlich zügigen Weiterfahrens nicht ausgeschlossen werden.

Offenbarung der Erfindung

Vorteile

Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, dass durch das zumindest eine Mittel, durch welches ein Bewegungszustand des ersten Getriebeteils (Ritzel) und ein Bewegungszustand des zweiten Getriebeteils (Zahnkranz) ermittelbar ist und dadurch ein Gesamtzustand ermittelt werden kann, der ein Einspuren des ersten Getriebeteils in das zweite Getriebeteil, während beide Getriebeteile sich drehen, ermöglicht. Durch diese sich ergebende Möglichkeit kann ein erstes Getriebeteil bereits wieder eingespurt werden, bevor eine Brennkraftmaschine und damit das zweite Getriebeteil zur Ruhe gekommen ist. Dies führt dazu, dass bei einem Fahrzeug im Start-Stop-Betrieb gegenüber bisherigen Lösungen früher losgefahren werden kann. Das Fahrzeug lässt sich komfortabler betreiben und eventuelle, sicherheitskritische Phasen, in denen das Fahrzeug manövrierunfähig ist, können vermieden werden.

Zur Bestimmung des geeigneten Bewegungszustands sowohl des ersten als auch des zweiten Getriebeteils ist vorgesehen, dass das Mittel beispielsweise ein Steuergerät umfasst, in dem verschiedene Größen ausgewertet werden. Ein derartiges Steuergerät ermöglicht eine besonders zügige Ermittlung des geeigneten Bewegungszustands und letztlich auch eine besonders zügige Entscheidung darüber, wann das erste Getriebeteil mit dem zweiten Getriebeteil in Eingriff zu bringen ist.

Ist ein Drehzahlsensor zum Ermitteln einer Drehzahl des zweiten Getriebeteils vorhanden, so lässt sich eine besonders genaue Auflösung und damit eine besonders genaue Bestimmung der Drehzahl des zweiten Getriebeteils ermitteln. Ein Eingriff beider Getriebeteile kann daher besonders schonend erfolgen. Eine weitere Verbesserung ergibt sich, wenn für das erste und das zweite Getriebteil jeweils ein Drehzahlsensor zur Verfügung steht.

Besonders vorteilhaft ist, wenn die Vorrichtung mit dem ersten Getriebeteil einerseits einen Antriebsmotor aufweist, durch das das erste Getriebeteil in Drehung versetzbar ist und andererseits die Vorrichtung einen Aktuator, insbesondere einen elektrischen Hubmagneten aufweist, durch den das erste Getriebe verschiebbar, insbesondere axial verschiebbar ist und dies unabhängig von einer Drehung bzw. einem Anschalten des Antriebsmotors. Dies vermeidet Zwangssituationen, die zu ungeeigneten Bewegungszuständen führen.

Um eine besonders kompakte Vorrichtung zu erreichen, ist vorgesehen, dass ein Lagerflansch, der häufig als sogenanntes Antriebslager bezeichnet wird, als Befestigung für den Vorspuraktuator als auch für das Steuergerät dient.

Desweiteren ist vorgesehen, dass in dem Steuergerät ein Kennfeld gespeichert ist, in dem zumindest eine Eigenschaft der Vorrichtung zumindest einer anderen Eigenschaft zugeordnet ist. Eine Eigenschaft könnte dabei beispielsweise eine elektrische Spannungshöhe sein, aus der sich eine Drehzahl und damit desweiteren eine Winkelgeschwindigkeit ergibt, die damit die andere Eigenschaft wäre. Dies hat zum Vorteil, dass ohne Rechenoperationen schnell die Information vorliegen kann, welche Winkelgeschwindigkeit das erste Getriebeteil aufweist.

Alternativ kann die Abbildung der Eigenschaften auch durch ein physikalisches Modell erfolgen. So kann z.B. durch die Gleichung bzw. das Modell n₂₃ = C*U45 die Drehzahl des zweiten Getriebeteils aus der Messung der generatorischen Spannung des Antriebs ermittelt werden. C ist dabei eine zu bestimmende Konstante.

Offenbarung der Erfindung

In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Vorrichtung dargestellt. Es zeigen:

1 eine Vorrichtung mit einem ersten Getriebeteil zum Einspuren in ein zweites Getriebeteil, insbesondere eine Startvorrichtung mit einem Ritzel zum Einspuren in einem Zahnkranz einer Brennkraftmaschine in einer symbolischen Darstellung,

2 eine Seitenansicht auf eine Vorrichtung mit einem ersten Getriebeteil vor dem Einspuren in ein zweites Getriebeteil,

3 ein Diagramm bezüglich des Verlaufs der Umfangsgeschwindigkeiten der ersten und zweiten Getriebeteile über den Zeitablauf sowie damit verbunden den Verlauf von drei verschiedenen Signalen,

4 ein weiteres Diagramm bezüglich des Verlaufs der Umfangsgeschwindigkeiten der ersten und zweiten Getriebeteile über einen etwas anderen Zeitablauf,

5 zeigt ein erstes und ein zweites Getriebeteil.

1 zeigt eine Vorrichtung 20 mit einem ersten Getriebeteil 23, das zum Einspuren in ein zweites Getriebeteil 26 vorgesehen ist. Die Vorrichtung 20 ist insbesondere als Startvorrichtung vorgesehen, so dass das erste Getriebeteil 23 üblicherweise als Ritzel ausgeführt ist. Das zweite Getriebeteil 26, üblicherweise ein Zahnkranz, ist hier Teil einer Brennkraftmaschine 29, die ebenso wie die Startvorrichtung 20 nur symbolhaft dargestellt ist. Diese Brennkraftmaschine 29 trägt eine Motorwelle 32, an der zumindest mittelbar das zweite Getriebeteil 26 befestigt ist und somit mit der Motorwelle 32, mitdrehen kann. Im Gegensatz zu bisher bekannten Vorrichtungen 20, die mit ihrem ersten Getriebeteil 23 üblicherweise nur in stillstehende zweite Getriebeteile 26 eingreifen können, ist es im Rahmen der Beschreibung vorgesehen, zu zeigen, wie eine erfindungsgemäße Vorrichtung 20 mit ihrem ersten Getriebeteil 23 in ein bewegtes, das heißt sich drehendes zweites Getriebeteil 26 einspuren kann.

2 zeigt in einer vergrößerten Darstellung ausschnittweise die Brennkraftmaschine 29 bzw. hiervon ansatzweise die Motorwelle 32, das zweite Getriebeteil 26 sowie die Drehachse des zweiten Getriebeteils 26, die hier mit 35 bezeichnet ist. Auf der linken Seite der 2 ist die Vorrichtung 20 dargestellt, die hier als so genannter frei ausstoßender Starter ausgeführt ist. An dieser Stelle sei bemerkt, dass diese Vorrichtung 20 genauso gut auch als so genannter Maulstarter ausgeführt sein könnte, die Ausführung beeinträchtigt die Funktion gemäß der hier beschriebenen Erfindung nicht. Diese Vorrichtung 20 zeigt hier das erste Getriebeteil 23 im so genannten ausgespurten Zustand, das heißt im Ruhezustand der Vorrichtung 20. Hinter dem ersten Getriebeteil 23 ist ein Lagerflansch 38 dargestellt, der ein tragendes Element der Vorrichtung 20 darstellt. Der Lagerflansch 39 ist oftmals auch als so genanntes Antriebslager bezeichnet. An diesem Lagerflansch 38 ist rückwärtig und oben ein Aktuator 41 befestigt, der im Hinblick auf eine axiale Verschiebung des ersten Getriebeteils 23 eine bestimmte Aufgabe übernimmt. Unterhalb des Aktuators 41 ist ein Gehäuse 44 dargestellt, das beispielsweise ein sogenanntes Polgehäuse ist. Innerhalb des Polgehäuses bzw. Gehäuses 44 ist ein Rotor 47 angeordnet, der in Zusammenwirkung mit dem Gehäuse 44 bzw. Polgehäuse 44 einen Antriebsmotor 50 bildet. Unterhalb des Antriebsmotors 50 ist ein Steuergerät 53 gezeigt, das ebenfalls am Lagerflansch 38 befestigt ist. Desweiteren ist rechts des zweiten Getriebsteils 26 ein Drehzahlsensor 56 dargestellt. Der Drehzahlsensor 56 hat die Aufgabe, die Drehzahl des zweiten Getriebeteils 26 zu ermitteln bzw. hierfür ein Hilfsmittel zu sein. Der Aktuator 40 dient dazu, im Betriebszustand das erste Getriebeteil 23 aus der Ruhelage axial zu verschieben und dadurch das erste Getriebeteil in das zweite Getriebeteil 26 einzuspuren. Der Antriebsmotor 50 dient – wie bei üblichen Startanlagen – dazu, das erste Getriebeteil 23 in Drehung zu versetzen und ein Drehmoment auf das zweite Getriebeteil auszuüben. Optional ist ein zweiter Drehzahlsensor 51 zur Ermittlung der Drehzahl n₂₃, eine erforderliche Datenleitung zwischen dem Sensor 51 und dem Steuergerät 53 ist nicht dargestellt. Mittel eine Steuerleitung 52 schaltet das Steuergerät 53 einen Schalter 54, damit die Vorrichtung 20 mittels der Batterie 55 bestromt werden kann

Nachfolgend wird die Funktion der Vorrichtung und ihre grundlegende Arbeitsweise dargestellt:
Es wird beispielsweise angenommen, dass die Brennkraftmaschine 29 zunächst im eingeschalteten Zustand ist, das heißt, die Motorwelle 32, beispielsweise als Kurbelwelle ausgeführt, dreht sich. Dies trifft beispielsweise auf ein Fahrzeug zu, das auf einer Verkehrsstraße angetrieben ist. Wird nun das Fahrzeug vor einer Ampel beispielsweise angehalten, so wird bei einem Fahrzeug mit dem vorgesehenen sogenannten Start-Stop-System die Brennkraftmaschine 29 beim vorhandensein bestimmter Bedingungen, beispielsweise geöffnetem Triebstrang oder minimale Fahrzeuggeschwindigkeit v < 7km/h oder Batterieladezustand > 70%, abgeschaltet. Natürlich können auch zwei oder drei Bedingungen gleichzeitig erfüllt sein. Um in diesem sogenannten Start-Stop-Betrieb keinen Komfort- und Sicherheitsverlust zu erleiden, ist vorgesehen, dass die Brennkraftmaschine sehr kurzfristig wieder gestartet werden kann. Hierzu ist vorgesehen, dass das erste Getriebeteil 23 sehr früh in das zweite Getriebeteil 26 eingespurt wird. Dies bedeutet in diesem Fall, dass das erste Getriebeteil 23 noch in der so genannten Auslaufphase der Brennkraftmaschine 29 in das zweite Getriebeteil 26 eingespurt werden soll, siehe hierzu auch 3.

In 3a bis 3d sind zusammengehörige Kurvenverläufe im Zusammenhang mit dem Einspuren eines ersten Getriebeteils 23 in ein zweites Getriebeteil 26 prinzipiell dargestellt. Entscheidet das an Bord des Fahrzeugs vorhandene Start-Stop-System, dass die Brennkraftmaschine ausgeschaltet werden soll, so wird das Signal S, mit dem das Signal zum Einspuren des ersten Getriebeteils 23 in das zweite Getriebeteil 26 gegeben wird, auf „1" gesetzt (3a). Als Folge dieses Einschaltsignals zum Zeitpunkt t₀ wird der Antriebsmotor 50 der Vorrichtung 20 eingeschaltet, so dass ein Strom I₅₀ durch den Antriebsmotor 50 fließt und damit den Rotor 47 in Drehung versetzt. Gleichzeitig wird auch das erste Getriebeteil 23 in Drehung versetzt, 3c. Die Darstellung des Stromverlaufs in 3b ist idealisiert.

Durch dieses Einschaltsignal (3a) wird zunächst das erste Getriebeteil 23 in Drehung versetzt. Dieses erste Getriebeteil 23 erreicht nach einer gewissen, nicht näher bestimmten Zeit t₁ eine in 3c idealisiert dargestellte maximale Umfangsgeschwindigkeit v₂₃ des ersten Getriebeteils 23.

Mit dem Beginn des Zeitpunkts t₀ beginnt im Steuergerät 53 eine Zeit Δt₁ abzulaufen. Nach dem Ablauf dieser Zeit Δt₁ zum Zeitpunkt t₂ wird die Brennkraftmaschine 29 tatsächlich ausgeschaltet, das heißt, deren Drehzahl bzw. die Umfangsgeschwindigkeit v₂₆ am zweiten Getriebeteil 23 beginnt sich zu vermindern, siehe auch 3c. Im Ausführungsbeispiel beginnt zu diesem Zeitpunkt die für den vorzunehmenden Einspurvorgang von erstem Getriebeteil 23 in das zweite Getriebeteil 26 relevante Drehzahlermittlung von zweiten Getriebeteil 26 und erstem Getriebeteil 23. Natürlich kann die Drehzahlermittlung auch bereits z. B. zum Zeitpunkt t₀ beginnen. Im Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Drehzahl des zweiten Getriebeteils 26 mittels des Drehzahlsensors 56 ermittelt wird. Die Drehzahlermittlung bezüglich des ersten Getriebeteils 23 erfolgt mit dem Beginn des Zeitpunkts t₃, nachdem das zweite Getriebeteil 26 eine voreingestellte Drehzahlschwelle erreicht hat. Zu diesem Zeitpunkt t₃ wird der Antriebsmotor 50 abgeschaltet, siehe auch 3b.

Wie allgemein bekannt ist, erzeugt ein nicht mehr angetriebener, das heißt in diesem Fall nicht mehr bestromter Antriebsmotor 50 an einer seiner Klemmen, die hier gemäß bekannter Normen als „Klemme 45" bezeichnet ist, eine Ausgangsspannung U₄₅ (proportional zu Drehzahl n₂₃), die durch den nunmehr generatorischen Betrieb der Vorrichtung 20 verursacht ist. Aus dem Spannungsniveau dieser Spannung U₄₅ kann durch Vergleich mit in einem Kennfeld 59 gespeicherten Vergleichswerten auf eine im Wesentlichen bestimmte Drehzahl und damit Umfangsgeschwindigkeit v₂₃ des ersten Getriebeteils 23 geschlossen werden. Durch weitere ständige Beobachtung des Systems während des Zeitablaufs und damit dem Erkennen eines geeigneten Bewegungszustands von erstem Getriebeteil 23 und zweitem Getriebeteil 26 schließt das System – stellvertretend das Steuergerät 53 – schließlich auf einen geeigneten Bewegungszustand und steuert zum Zeitpunkt t₄ den Aktuator 41 derart an, dass dieser bestromt (I₄₁) wird und somit das erste Getriebeteil 23 in Richtung zum zweiten Getriebeteil 26 vorschiebt. Die Kurve in 3c) und 3d) sind diesbezüglich etwas idealisiert. Die axiale Bewegung des Ritzels bzw. ersten Getriebeteils 23 findet eigentlich verzögert statt. Da bezüglich des ersten Getriebeteils 23 und zweiten Getriebeteils 26 ein geeigneter Bewegungszustand vorherrscht (die Umfangsgeschwindigkeiten beider Getriebeteile sind im Wesentlichen gleich), spurt das erste Getriebeteil 23 ohne Schwierigkeiten und Widerstände in das zweite Getriebeteil 26 ein. Da bei dem hier ausgeführten Beispiel zum Zeitpunkt t₄ das erste Getriebeteil 23 eine gegenüber dem zweiten Getriebeteil 26 unwesentlich höhere Umfangsgeschwindigkeit v₂₃ aufweist, passen sich beide Umfangsgeschwindigkeiten v₂₃ bzw. v₂₆ bis zum Zeitpunkt t₅, das heißt bis zum hier beispielhaften formschlüssigen Eingriff beider Getriebeteile an, so dass ab dem Zeitpunkt t₅ beide Umfangsgeschwindigkeiten v₂₃ und v₂₆ gleich sind. Ab diesem Zeitpunkt t₅ bleiben beide Getriebeteile 23 und 26 bis zum Zeitpunkt t_x ineinander eingespurt. Nach dem Zeitpunkt t₅ wird zum Zeitpunkt t₆ der Strom des Aktuators 41 verringert und schließlich nach einem weiteren Zeitablauf zum Zeitpunkt t₇ abermals auf ein niedrigeres Niveau geschaltete.

Die Variation des Stomes I₄₁ hat folgenden Grund: Ziel ist ein Geräuschoptimiertes Einspuren, d.h. der Aktuator sollte möglichst keine Überschussenergie aufnehmen. Da der magnetische Kreis am Anfang des Einspurvorganges einen großen Luftspalt und damit einen großen magnetische Widerstand aufweist, muss die Durchflutung und damti der Strom I₄₁ hoch sein. Die magnetische Energie wird dabei teilweise in Federenergie aber auch in Bewegungsenergie gesteckt. Hierdurch wird der Luftspalt im Hubmagneten verkleinert. Um nun keine zu starte Beschleunigung des Magnetankers zu bekommen, wird der Strom in der zweiten Phase zwischen t₆ und t₇ reduziert. Ist das Ritzel nun komplett eingezogen, kann die Durchflutung reduziert werden, da das Ritzel durch Selbsthemmung des Steilgewindes zwischen Rotor 47 und Ritzel 23 ein Ausrücken verhindert. Daher kann der Strom ab dem Zeitpunkt t₇ im Prinzip auf Null Ampere reduziert werden.

Um nun eine möglichst gute Anpassung an die Umgebungsbedingungen zu erreichen, wird die Strom-Weg-Kennlinie in Abhängigkeit der Temperatur und weiterer Umgebungsvariablen im Steuergerät hinterlegt.

Die beiden Getriebeteile 23 und 26 kommen letztlich zum Zeitpunkt t_X zur Ruhe und drehen sich daher nicht mehr weiter. In diesem Ausführungsbeispiel kann daher ab dem Zeitpunkt t_X ein weiterer Startvorgang der Brennkraftmaschine 29 erfolgen. Dies wird bzw. würde ab diesem Zeitpunkt durch Bestromen des Antriebsmotors 50 mit einem Antriebsstrom I₅₀ erfolgen, so dass das erste Getriebeteil 23 dann ein positives Antriebsmoment auf das zweite Getriebeteil 26 überträgt.

Im Rahmen dieses Ausführungsbeispiels ist somit ein Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung 20 mit einem ersten Getriebeteil 23 beschrieben, wobei das erste Getriebeteil 23 zum Einspuren in ein zweites Getriebeteil 23 vorgesehen ist. Die Vorrichtung 20 ist insbesondere als Startvorrichtung ausgebildet und weist als eine Ausführungsmöglichkeit des ersten Getriebeteils 23 ein Ritzel auf, das zum Einspuren in einen Zahnkranz (zweites Getriebeteil 26) einer Brennkraftmaschine 29 vorgesehen ist. Gemäß dem hier beschriebenen Verfahren sind zumindest ein Mittel (Drehzahlsensor 56, Klemme 45, Steuergerät 53, Kennfeld 59) vorhanden, durch das ein Bewegungszustand (Drehzahl- bzw. Umfangsgeschwindigkeit) des ersten Getriebeteils 23 und ein Bewegungszustand (Drehzahl bzw. Umfangsgeschwindigkeit des zweiten Getriebeteils 26) ermittelt wird.

Es ist dabei vorgesehen, dass durch das zumindest eine Mittel (Drehzahl 56, Klemme 45, Steuergerät 53, Kennfeld 59) als Eigenschaft des Bewegungszustandes des zweiten Getriebeteils 26 dessen Drehzahl n₂₆ und als Eigenschaft des Bewegungszustandes des ersten Getriebeteils 23 dessen Drehzahl n₂₃ ermittelt wird.

Im Rahmen des hier beschriebenen Verfahrens ist vorgesehen, dass durch das zumindest eine Mittel (56, 45, 53, 59) aus der Drehzahl n₂₆ des zweiten Getriebeteils 26 und der Drehzahl n₂₃ des ersten Getriebeteils 23 ein geeigneter Bewegungszustand ermittelt wird, der ein Ineingriffbringen des ersten Getriebeteils 23 mit dem zweiten Getriebeteil 26 erlaubt. Der Begriff „geeigneter Bewegungszustand" bedeutet, dass ein Einspuren des ersten Getriebeteils 23 in das zweite Getriebeteil 26 ohne nennenswerte Widerstände beim Einspuren beider sich drehender Getriebeteile möglich ist. Der Einspurvorgang bzw. der geeignete Bewegungszustand ermöglicht ein zerstörungsfreies Ineingriffbringen beider Getriebeteile 23 und 26 im sich drehenden Zustand.

Wie beschrieben ist vorgesehen, dass zum Ineingriffbringen des ersten Getriebeteils 23 mit dem zweiten Getriebeteil 26 in einem Verfahrensschritt eine von null abweichende Umfangsgeschwindigkeit v₂₃ des ersten Getriebeteils 23 einer von null abweichenden Umfangsgeschwindigkeit v₂₆ des zweiten Getriebeteils 26 angenähert wird. Anschließend wird in einem weiteren Verfahrensschritt das erste Getriebeteil 23 mit dem zweiten Getriebeteil 26 in Eingriff gebracht (t₄ bis t₅).

Es ist dabei vorgesehen, dass zum Annähern der Umfangsgeschwindigkeiten v₂₃ und v₂₆ von erstem Getriebeteil 23 und zweitem Getriebeteil 26 einerseits die Brennkraftmaschine 29 ausgeschaltet (t₂) und dadurch die Umfangsgeschwindigkeit v₂₆ des zweiten Getriebeteils 26 gesenkt (ab t₂) und andererseits die Umfangsgeschwindigkeit des ersten Getriebeteils 23 erhöht wird (ab Zeitpunkt t₀).

Gemäß diesem ersten Ausführungsbeispiel wird dabei hinsichtlich der Reihenfolge des Ausschaltens von Brennkraftmaschine 29 und Einschalten des Antriebsmotors 50 bevorzugt, dass zuerst der Startermotor 50 eingeschaltet wird und erst dann die Brennkraftmaschine 29 ausgeschaltet wird.

Wie erläutert, ist vorgesehen, dass das erste Getriebeteil 23 nach einem ausreichenden Annähern der Umfangsgeschwindigkeiten V23 und V26 von erstem Getriebeteil 23 zum zweiten Getriebeteil 26 in das zweite Getriebeteil 26 eingespurt wird. Die Umfangsgeschwindigkeiten V23 und V26 sind dabei von null verschieden.

Gemäß einem weiteren Verfahrensschritt ist vorgesehen, dass nach einem geeigneten Startsignal (beispielsweise Niederdrücken des Gaspedals des Kraftfahrzeugs) nach dem Einspuren des ersten Getriebeteils 23 in das zweite Getriebeteil 26 durch das erste Getriebeteil 23 ein positives Antriebsmoment M₂₃ auf das zweite Getriebeteil 26 und damit auf die Motorwelle 32 übertragen wird.

Wie gemäß diesem ersten Ausführungsbeispiel erläutert, ist vorgesehen, dass vor dem Übertragen des positiven Antriebsmoments M₂₃ das erste Getriebeteil 23 und das zweite Getriebeteil 26 gemeinsam und in eingespurtem Zustand beider Getriebeteile die Umfangsgeschwindigkeit beider Getriebeteile jeweils gemeinsam den Wert null erreichen (t_X). Ein Antriebsmoment M₂₃ kann aber auch früher (nach t₅) übertragen werden, wobei die Getriebeteile dann nicht die Umfangsgeschwindigkeit Null erreichen.

Bei der Beobachtung des Systems aus Vorrichtung 20 und Brennkraftmaschine 29 ist vorgesehen, dass insbesondere nach dem Zeitpunkt t₂ zum Ermitteln eines geeigneten Bewegungszustands des zweiten Getriebeteils 26 und des ersten Getriebeteils 23 die Drehzahlen n₂₃ bzw. n₂₆ der Getriebeteile ermittelt werden.

Da die Drehzahlen der beiden Getriebeteile 23 und 26 an sich noch keine Aussagefähigkeit hinsichtlich eines geeigneten Bewegungszustandes ermöglichen – beide Getriebeteile 23 und 26 haben üblicherweise erhebliche Durchmesserunterschiede, die im Bereich des Faktors 10 liegen – ist aus den Drehzahlen der beiden Getriebeteile jeweils eine Umfangsgeschwindigkeit V23 bzw. V26 zu ermitteln, um letztlich eine hinreichende Gleichheit beider Umfangsgeschwindigkeiten bestimmen können.

Ersatzweise ist nicht unbedingt eine Ermittlung der Umfangsgeschwindigkeiten v₂₃ bzw. v₂₆ notwendig. Genauso gut können beispielsweise in einem Kennfeld 62 des Steuergeräts 53 geeignete Drehzahlen der beiden Getriebeteile 23 und 26 abgelegt sein. Dies bedeutet konkret, beispielsweise für den Faktor 10 hinsichtlich des Durchmesserunterschieds beider Getriebeteile, dass eine Drehzahl von 300 pro Minute zum Einspuren eines ersten Getriebeteils 23 in ein zweites Getriebeteil 26 geeignet ist, wenn dies eine Drehzahl von 30 pro Minute aufweist. Derartige Drehzahlen beider Getriebeteile, die ein Einspuren ermöglichen würden, werden hier als Äquivalente bezeichnet.

In 4 ist ein im Vergleich zu 3c dargestellter Einspurvorgang in etwas modifizierter Variante dargestellt. Der wesentliche Unterschied ist hier, dass das Einspuren des ersten Getriebeteils 23 in das zweite Getriebeteil 26 zwar weiterhin zum Zeitpunkt t₄ erfolgt, jedoch in diesem Fall, wie leicht ersichtlich ist, die Geschwindigkeit V26 größer ist als die Geschwindigkeit V23. Im Unterschied zur 3c muss daher bis zum Einspuren des ersten Getriebeteils 23 in das zweite Getriebeteil 26 dieses etwas beschleunigt werden, um letztlich das Eingreifen zum Zeitpunkt t₅ zu vervollständigen.

Bezüglich der bisher vorgeschlagenen Art und Weise, die Starterdrehzahl bzw. Drehzahl des Antriebsmotors 50 zu bestimmen, kann die Drehzahl nicht nur von der an der Klemme 45 anliegenden generatorischen Spannung ermittelt werden, sondern darüber hinaus in Abhängigkeit von der Betriebstemperatur der Vorrichtung 20 bzw. deren Betriebsdauer. Eine derartige Abhängigkeit der Drehzahl n₂₃ kann in einer weiteren Ausgestaltung ebenfalls im Steuergerät 53 (oder einem anderen Steuergerät) in einem Kennfeld abgelegt werden.

Die Starterdrehzahl kann auch mit Hilfe eines zusätzlichen Sensors am Ritzel 23 ermittelt werden. Vorzugsweise eignen sich hierzu magnetische Sensoren, die die Modulation des Magnetfeldes durch die Eisenzähne des Zahnkranzes detektieren.

Soll bereits im bestromten Zustand des Antriebsmotors 50 dessen Drehzahl n₂₃ ermittelt werden, so kann dies beispielsweise unter Zuhilfenahme einer Kennlinie oder eines Kennfeldes vorgenommen werden, wobei hier die Temperatur der Vorrichtung 20 und deren Versorgungsspannung an der Klemme 45 berücksichtigt werden können. Der Starterstrom bzw. der Antriebsstrom I₄₅ wird hierzu im Steuergerät 53 gemessen.

Hinsichtlich der Reihenfolge des Ausschaltens der Brennkraftmaschine 29 und des Einschaltens des Antriebsmotors 50 kann gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel bzw. zweiten Ausführungsbeispiel auch eine andere Reihenfolge gewählt werden: So kann beispielsweise die Brennkraftmaschine 29 zuerst ausgestaltet werden und dann der Startermotor bzw. Antriebsmotor 50 eingeschaltet werden. Gleichfalls ist auch ein gleichzeitiges Ausschalten der Brennkraftmaschine 29 und Anschalten des Antriebsmotors 50 möglich. Hinsichtlich der Darstellung in 3c und 4 ergibt sich hinsichtlich der Verlegung des Zeitpunktes t₂ auf den Zeitpunkt t₀ eine Verschiebung der Kurven nach links bzw. früh. Dementsprechend wäre in einem solchen Fall der Zeitpunkt t₃ und folgende Zeitpunkte ebenfalls in Richtung früh, das heißt in Richtung zum Zeitpunkt t₀, vorgelegt.

Die 5 zeigt für das erste Getriebeteil 23 eine Verzahnung, wobei Einzelzähne an ihrer der dem zweiten Getriebeteil 26 zugewandten Stirnseite jeweils zumindest eine Abschrägung 60 aufweisen, die ein Einspuren des ersten Getriebeteils 23 in das zweite Getriebeteil 26 erleichtert.

Dem Steuergerät 53 kann die Drehzahl der Motorwelle 32 beispielsweise auch über ein im Kraftfahrzeug vorhandenes Datensystem zugeführt werden, beispielsweise über den sogenannten CAN-BUS.

Bei einem derartigen System ist vorgesehen, dass das Auslaufen der Brennkraftmaschine bei geschlossener Drosselklappe erfolgt, um das ansonsten als störend empfundene Auslaufschütteln der Brennkraftmaschine zu vermeiden. Dadurch wird ebenfalls ein Rückpendeln des Motors, welches beim Eingriff des Getriebeteils 23 zu einem lauten Freilaufgeräusch führen würde, vermieden. Die Vorrichtung 20 bleibt mit ihrem ersten Getriebeteil dann in eingespurtem Zustand, bis wiederum ein Andrehen der Brennkraftmaschine veranlasst wird.

Die Kennfelder 59 und 62 können auch als ein gemeinsames Kennfeld (Tabelle) ausgeführt sein.

Claims

Vorrichtung mit einem ersten Getriebeteil (23) zum Einspuren in ein zweites Getriebeteil (26), insbesondere Startvorrichtung mit einem Ritzel zum Einspuren in einen Zahnkranz einer Brennkraftmaschine (29), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Mittel (56, 53, 45) vorhanden ist, durch das ein Bewegungszustand des ersten Getriebeteils (23) und ein Bewegungszustand des zweiten Getriebeteils (26) ermittelbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch das zumindest eine Mittel (56, 53, 45) als Eigenschaft des Bewegungszustandes des zweiten Getriebeteils (26) dessen Drehzahl (n₂₆) und als Eigenschaft des Bewegungszustands des ersten Getriebeteils (23) dessen Getriebeteil (n₂₃) ermittelbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch das zumindest eine Mittel (56, 53, 45) aus der Drehzahl (n₂₆) des zweiten Getriebeteils (26) und der Drehzahl (n₂₃) des ersten Getriebeteils (23) ein Bewegungszustand ermittelbar ist, der ein Ineingriffbringen des ersten Getriebeteils (23) mit dem zweiten Getriebeteil (26) erlaubt oder nicht erlaubt.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel ein Steuergerät (53) umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drehzahlsensor (56) zum Ermitteln einer Drehzahl (n₂₆) des zweiten Getriebeteils (26) vorhanden ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (20) einen Antriebsmotor (50) aufweist, durch den das erste Getriebeteil (23) in Drehung versetzbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (20) einen Aktuator (41), insbesondere einen elektrischen Hubmagneten, aufweist, durch den das erste Getriebemittel (23) verschiebbar, insbesondere axial verschiebbar, ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Vorspuren und ein Drehen des ersten Getriebeteils (23) unabhängig voneinander steuerbar sind.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Getriebeteil (23) eine Verzahnung aufweist, wobei Einzelzähne an ihrer der dem zweiten Getriebeteil (26) zugewandten Stirnseite jeweils zumindest eine Abschrägung aufweisen, die ein Einspuren des ersten Getriebeteils (23) in das zweite Getriebeteil (26) erleichtert.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Lagerflansch (38) hat, an dem sowohl der Aktuator (41) als auch das Steuergerät (53) befestigt sind.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Steuergerät (53) ein Kennfeld (59) gespeichert ist, in dem zumindest eine Eigenschaft der Vorrichtung zumindest einer anderen Eigenschaft zugeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass einer Eigenschaft des elektrischen Flusses durch den Antriebsmotor (50) eine Drehzahl (n₂₃) des ersten Getriebeteils (23) zugeordnet ist, wobei die Eigenschaft eine Spannung (U₄₅) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Steuergerät (53) eine Spannung (U₄₅) ermittelbar ist, die im generatorischen Betrieb des Antriebsmotors (50) an einem mit dem Antriebsmotor (50) verbundenen Leiter anliegt.
Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung (20) mit einem ersten Getriebeteil (23) zum Einspuren in ein zweites Getriebeteil (26), insbesondere Startvorrichtung mit einem Ritzel zum Einspuren in einen Zahnkranz einer Brennkraftmaschine (29), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Mittel (56, 53, 45) vorhanden ist, durch das ein Bewegungszustand des ersten Getriebeteils (23) und ein Bewegungszustand des zweiten Getriebeteils (26) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass durch das zumindest eine Mittel (56, 53, 45) als Eigenschaft des Bewegungszustandes des zweiten Getriebeteils (26) dessen Drehzahl (n₂₆) und als Eigenschaft des Bewegungszustands des ersten Getriebeteils (23), dessen Drehzahl (n₂₃) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass durch das zumindest eine Mittel (56, 53, 45) aus der Drehzahl n₂₆ des zweiten Getriebeteils (26) und der Drehzahl (n₂₃) des ersten Getriebeteils (23) ein geeigneter Bewegungszustand ermittelt wird, der ein Ineingriffbringen des ersten Getriebeteils (23) mit dem zweiten Getriebeteil (26) erlaubt.
Verfahren nach Anspruch 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ineingriffbringen des ersten Getriebeteils (23) mit dem zweiten Getriebeteil (26) in einem Verfahrensschritt eine von null abweichende Umfangsgeschwindigkeit (v₂₃) des ersten Getriebeteils einer von null abweichenden Umfangsgeschwindigkeit des (v₂₆) des zweiten Getriebeteils (26) angenähert wird, und anschließend in einem weiteren Verfahrensschritt das erste Getriebeteil (23) mit dem zweiten Getriebeteil (26) in Eingriff gebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass zum Annähern der Umfangsgeschwindigkeit (v₂₃; v₂₆) von erstem Getriebeteil (23) und zweiten Getriebeteil (26) einerseits die Brennkraftmaschine (29) ausgeschaltet und dadurch die Umfangsgeschwindigkeit des zweiten Getriebeteils (26) gesenkt und andererseits die Umfangsgeschwindigkeit (v₂₃) des ersten Getriebeteils (23) erhöht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass bezüglich einer Reihenfolge des Ausschaltens der Brennkraftmaschine (29) und Einschaltens des Antriebsmotors (50) aus folgenden Möglichkeiten ausgewählt wird: a) zuerst Anschalten des Antriebsmotors (50), dann Ausschalten der Brennkraftmaschine (29), b) zuerst Ausschalten der Brennkraftmaschine (29), dann Ausschalten des Antriebsmotors (50), c) gleichzeitiges Ausschalten der Brennkraftmaschine (29) und Anschalten des Antriebsmotors (50).
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Getriebeteil (23) nach einem ausreichenden Annähern der Umfangsgeschwindigkeiten (v₂₃) und (v₂₆) von erstem Getriebeteil (23) und zweitem Getriebeteil (26) in das zweite Getriebeteil (26) eingespurt wird.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangsgeschwindigkeiten (v₂₃, v₂₆) von Null verschieden sind.
Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Einspuren des ersten Getriebeteils (23) in das zweite Getriebeteil (26) durch das erste Getriebeteil (23) ein positives Antriebsmoment M₂₃ auf das zweite Getriebeteil (26) übertragen wird.
Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Übertragen des positiven Antriebsmoments m₂₃ das erste Getriebeteil (23) und das zweite Getriebeteil (26) gemeinsam und im eingespurten Zustand die Umfangsgeschwindigkeit Null erreichen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ermitteln eines geeigneten Bewegungszustandes des zweiten Getriebeteils (26) und des ersten Getriebeteils (23) zu bestimmten Zeitpunkten Drehzahlen der Getriebeteile (23) und (26) ermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Drehzahlen Umfangsgeschwindigkeiten der Getriebeteile ermittelt und die Drehzahlen der verschiedenen Getriebeteile miteinander verglichen werden.
Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahlen der Getriebeteile mit Werten vergleichen werden, die in einem Kennfeld (59, 62) eines Steuergeräts (53) gespeichert sind, wobei in dem Kennfeld für das Einspuren des ersten Getriebeteils (23) in das zweite Getriebeteil (26) geeignete Drehzahlen einander zugeordnet sind.