DE102017223889A1

DE102017223889A1 - Gabelloser synchronisator mit sensorschienenanordnung

Info

Publication number: DE102017223889A1
Application number: DE102017223889.5A
Authority: DE
Inventors: Harmanpreet Singh; Poongundran Ganapathi; Matthew B. Winhold; Andrew K. Rekow
Original assignee: Deere and Co
Current assignee: Deere and Co
Priority date: 2017-02-01
Filing date: 2017-12-29
Publication date: 2018-08-02
Anticipated expiration: 2037-12-30
Also published as: DE102017223889B4; CN108374847A; CN108374847B; US9976650B1

Abstract

Eine gabellose Synchronisatoranordnung koppelt selektiv eines oder mehrere Zahnräder mit einer Antriebswelle, die um eine Drehachse drehbar ist. Eine Schaltmuffe, die durch die Antriebswelle gedreht wird und konfiguriert ist, um von einem ersten der Zahnräder in einer ersten neutralen axialen Position gelöst zu werden und das erste Zahnrad in einer ersten eingerasteten axialen Position in Eingriff zu bringen, um eine Drehantriebskraft von der Antriebswelle an den ersten Gang zu übertragen. Eine Schiene ist parallel zu der Drehachse angeordnet. Ein Schienenarm hat ein Ende, das fest mit der Schiene gekoppelt ist, und ein anderes Ende, das mit der Schaltmuffe gekoppelt ist, um eine relative Drehung zu ermöglichen und eine axiale Schaltbewegung an die Schiene zu übertragen als Reaktion auf eine axiale Bewegung der Schaltmuffe zwischen der ersten Eingriffsposition und der neutralen Axialposition. Ein Sensor, nahe der Schiene angeordnet, erfasst eine axiale Position der Schiene.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE PATENTANMELDUNGEN
Nicht zutreffend.
ANGABE ÜBER STAATLICH GEFÖRDERTE FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG
Nicht zutreffend.
GEBIET DER OFFENBARUNG
Diese Offenbarung bezieht sich auf Synchronisatoranordnungen zur Verzahnung eines Antriebseingangs mit einem oder mehreren Zahnrädern eines Getriebes und insbesondere auf gabellose Synchronisatoren für Arbeitsfahrzeuge.
HINTERGRUND DER OFFENBARUNG
Verschiedene Getriebeanordnungen, wie etwa diejenigen, die in den Antriebssträngen verschiedener Arbeitsfahrzeuge verwendet werden, können Getriebe umfassen, die „Synchronisatoren“ enthalten, die das selektive Koppeln einer rotierenden Antriebswelle (z. B. von einem Motor oder Antriebsmotor angetrieben) mit einem oder mehreren Gängen ermöglichen. Häufig werden die Synchronisatoren durch eine Schaltgabel betätigt, die entlang einer Schaltschiene läuft, um eine Schaltmuffe, die mit der Antriebswelle verzahnt ist, in verzahnten Eingriff mit einem Zahnrad zu bringen, um Drehkraft von der Antriebswelle auf das Getriebe zu übertragen und dadurch eine Änderung im Drehzahlbereich und Drehmoment auf die Räder oder Ketten des Arbeitsfahrzeugs zu initiieren oder auszuführen. Die Umkehr der Betätigung der Schaltgabel löst die Schaltmuffe vom Getriebe und damit die Übertragung von der Antriebswelle, bis ein anderer Gang eingelegt ist. Die Schaltgabel kann manuell oder unter Spannung (beispielsweise über Hydraulikleistung) bestätigt werden. In einigen Fällen kann die Schaltgabel eliminiert werden, und die Schaltmuffe kann mit dem Zahnrad in Eingriff gebracht durch eine hydraulische Kolben-Anordnung und durch andere mechanische Mittel gelöst werden (z. B. Rückstellfedern).
ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG
Die Offenbarung stellt eine hydraulische Synchronisatoranordnung bereit, wie für Getriebe und dergleichen in Arbeitsfahrzeugen.
Ein Aspekt der Offenbarung bietet eine gabellose Synchronisatoranordnung zur selektiven Kopplung eines oder mehrerer Zahnräder mit einer Antriebswelle, die um eine Drehachse drehbar ist. Die Synchronisatoranordnung umfasst eine Schaltmuffe, die durch die Antriebswelle gedreht wird und konfiguriert ist, um von einem ersten der Zahnräder in einer ersten neutralen axialen Position gelöst zu werden und das erste Zahnrad in einer ersten eingerasteten axialen Position in Eingriff zu bringen, um eine Drehantriebskraft von der Antriebswelle an den ersten Gang zu übertragen. Eine Schiene ist parallel zu der Drehachse angeordnet. Ein Schienenarm hat ein Ende, das fest mit der Schiene gekoppelt ist, und ein anderes Ende, das mit der Schaltmuffe gekoppelt ist, um eine relative Drehung zu ermöglichen und eine axiale Schaltbewegung an die Schiene zu übertragen als Reaktion auf eine axiale Bewegung der Schaltmuffe zwischen der ersten Eingriffsposition und der neutralen Axialposition. Ein Sensor ist nahe der Schiene angeordnet, um eine axiale Position der Schiene zu erfassen.
Ein anderer Aspekt der Offenbarung bietet eine gabellose Synchronisatoranordnung zur selektiven Kopplung eines ersten oder eines zweiten Zahnrads mit einer Antriebswelle, die um eine Drehachse drehbar ist. Die Synchronisatoranordnung weist erste und zweite Schienen auf, die parallel zu der Drehachse angeordnet sind. Eine erste Schaltanordnung, konzentrisch um die Antriebswelle angeordnet und durch sie gedreht, ist konfiguriert, um von dem ersten Zahnrad in einer ersten neutralen axialen Position gelöst zu werden und das erste Zahnrad in einer ersten eingerasteten axialen Position in Eingriff zu bringen, um eine Drehantriebskraft von der Antriebswelle an den ersten Gang zu übertragen. Die erste Schaltanordnung hat einen ersten Schienenarm, der mit der ersten Schiene gekoppelt ist, um axiale Schaltbewegung an die erste Schiene zu übertragen als Reaktion auf eine axiale Bewegung der ersten Schaltanordnung zwischen der ersten eingerasteten und der neutralen axialen Position. Eine zweite Schaltanordnung, konzentrisch um die Antriebswelle angeordnet und durch sie gedreht, ist konfiguriert, um von dem zweiten Zahnrad in einer zweiten neutralen axialen Position gelöst zu werden und das zweite Zahnrad in einer zweiten eingerasteten axialen Position in Eingriff zu bringen, um eine Drehantriebskraft von der Antriebswelle an den zweiten Gang zu übertragen. Die zweite Schaltanordnung hat einen zweiten Schienenarm, der mit der zweiten Schiene gekoppelt ist, um axiale Schaltbewegung an die zweite Schiene zu übertragen als Reaktion auf eine axiale Bewegung der zweiten Schaltanordnung zwischen der zweiten eingerasteten und der neutralen axialen Position. Erste und zweite Sensoren sind in der Nähe der jeweiligen ersten und zweiten Schienen angeordnet, um axiale Positionen der ersten und zweiten Schienen zu erfassen.
Die Einzelheiten einer oder mehrerer Ausführungsformen sind in den beigefügten Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung ausgeführt. Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen.
Figurenliste

1 ist eine Seitenansicht eines Arbeitsfahrzeugs in Form eines landwirtschaftlichen Traktors, in dem ein gabelloser Synchronisator gemäß dieser Offenbarung eingebaut sein kann;
2 ist eine Teilansicht (im Schnitt) eines Beispiels einer Getriebeanordnung für das Arbeitsfahrzeug aus 1 mit einer beispielhaften gabellosen Synchronisatoranordnung gemäß dieser Offenbarung;
3 ist eine perspektivische Ansicht der Anordnung, die bestimmte Komponenten der beispielhaften Anordnung des gabellosen Synchronisators im Querschnitt zeigt;
4 ist eine weitere perspektivische Ansicht (im Schnitt) dieser Anordnung.
5 ist eine Teilansicht (im Schnitt) entlang der Linie 5-5 aus 2 und zeigt den beispielhaften gabellosen Synchronisator in einem neutralen Zustand;
6 ist eine perspektivische Teilansicht davon;
7 ist eine andere Teilansicht (im Schnitt) ähnlich wie 2, jedoch vergrößert und fokussiert auf eine Sensorschienenanordnung der beispielhaften gabellosen Synchronisatoranordnung; und
8 ist eine vergrößerte Schnittansicht des Bereichs 8-8 aus 7, die eine beispielhafte profilierte Sensorschienenvertiefung zeigt.

Gleiche Referenzsymbole in den verschiedenen Zeichnungen bezeichnen gleiche Elemente.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Das Folgende beschreibt eine oder mehr Beispiel-Ausführungsformen der offenbarten gabellosen Synchronisatoranordnung, wie in den beigefügten Figuren der oben kurz beschriebenen Zeichnungen dargestellt. Verschiedene Modifikationen an den beispielhaften Ausführungsformen können von einem Fachmann in Betracht gezogen werden.
Der hier verwendete Begriff „axial“ bezieht sich auf eine Richtung beziehen, die im Allgemeinen parallel zu einer Drehachse, Symmetrieachse oder Mittellinie einer Komponente oder Komponenten ist. Zum Beispiel kann sich in einem Zylinder mit einer Mittellinie und gegenüberliegenden, kreisförmigen Enden die „axiale“ Richtung auf die Richtung beziehen, die sich im Allgemeinen parallel zu der Mittellinie zwischen den gegenüberliegenden Enden erstreckt. In bestimmten Fällen kann der Begriff „axial“ in Bezug auf Komponenten verwendet werden, die nicht zylindrisch (oder ansonsten radialsymmetrisch) sind. Zum Beispiel kann die „axiale“ Richtung für ein rechteckiges Gehäuse mit einer rotierenden Welle als eine Richtung gesehen werden, die im Allgemeinen parallel ist zu der Drehachse der Welle. Darüber hinaus kann sich der hier verwendete Begriff „radial“ auf eine Richtung oder eine Beziehung von Komponenten beziehen, in Bezug auf eine Linie, die sich senkrecht nach außen von einer gemeinsamen Mittellinie, Achse oder ähnlichem Bezug erstreckt. Zum Beispiel können zwei konzentrische und sich axial überlappende zylindrische Komponenten als „radial“ ausgerichtet betrachtet werden über die Abschnitte der Komponenten, die sich axial überlappen, aber nicht als „radial“ ausgerichtet, über die Abschnitte der Komponenten , die sich axial nicht überlappen. In bestimmten Fällen können Komponenten als „radial“ ausgerichtet betrachtet werden, obwohl eine oder beide Komponenten möglicherweise nicht zylindrisch sind (oder ansonsten radialsymmetrisch).
Zusätzlich umfassen die Begriffe „Verzahnung“ und „verzahnter Annulus“ und Ableitungen davon, wie hierin verwendet, jede herkömmliche mechanische Verbindung zum Übertragen von Drehmoment von einer rotierenden Komponente zu einer anderen rotierenden Komponente, die an der drehmomentübertragenden rotierenden Komponente und in der Rotationsrichtung montiert ist. Dies kann verschiedene bekannte Verzahnungs-Konfigurationen beinhalten, wie beispielsweise parallele Verzahnungen, Evolventenverzahnungen, ballige Kerbverzahnungen, geriffelte Verzahnungen, spiralförmige Verzahnungen und Kugelverzahnungen. Dies kann auch verschiedene Schlüssel- und verzahnte Anordnungen verschiedener Konfigurationen beinhalten. Somit spezifizieren diese Begriffe nicht notwendigerweise ein bestimmtes Profil der ineinandergreifenden Merkmale und Rillen, oder einen bestimmten Modus, durch den das Drehmoment übertragen wird (z. B. Schlüssel- und Rilleneingriff, gezahnter Steckseitenkontakt usw.). Die Begriffe „Ring“ und „Ringe“ beziehen sich auf die Anordnung der ineinandergreifenden Merkmale und Rillen, unabhängig von der Konfiguration, in einem zylindrischen Pfad um die rotierende Komponente herum.
Bestimmte bekannte Synchronisatoren dienen dazu, den nachgelagerten Antriebsstrang eines Fahrzeugs mit der Motorabtriebswelle durch Bewegung einer Schaltschiene- und Gabelanordnung zu koppeln, die manuell oder halbautomatisch betätigt werden können. Im Allgemeinen können beispielsweise ein oder mehrere Gabelelemente entlang einer oder mehrerer Schaltschienen laufen, um einen Synchronisatormechanismus in Eingriff mit einem Antriebszahnrad eines Getriebes zu bringen (z. B. durch Verzahnen von Synchronisator-Verzahnungen mit Profilverzahnungen). Der Synchronisator kann zum Mitdrehen mit der Antriebswelle gekoppelt sein, und somit koppelt der Eingriff des Synchronisators mit dem Zahnrad auch das Getriebe mit der Antriebswelle zur gemeinsamen Drehung, um dadurch das Zahnrad in die Drehkraft- (oder Drehmoment-)Bahn vom Motor zu integrieren. Ein Sperrkörper kann zwischen dem Synchronisator und dem Zahnrad angeordnet sein, um eine Verschiebung des Synchronisators zu verhindern, bis seine Verzahnungen mit den Verzahnungen des Zahnrads getaktet sind. Der Eingriff und das Lösen des Zahnrads kann somit weitgehend, wenn nicht gänzlich mechanisch sein in dem Sinne, dass die Schaltschiene den Synchronisator in Bezug auf das Zahnrad hin und her betätigt. Die Schaltschienen und Gabeln steigern die Komplexität der Anordnung sowie das Gewicht und den Platz der Anordnung innerhalb des Fahrzeugs.
Bestimmte andere bekannte Synchronisatoren wurden entwickelt, die Fluidleistung (z. B. Hydraulikleistung) verwenden, um Getriebezahnräder mit der Motorabtriebswelle zu koppeln. Einige davon nutzen eine Schaltschiene und eine Gabelanordnung, ähnlich der oben beschriebenen, obwohl eine Schaltgabelbewegung hydraulisch ausgeführt wird. Andere Systeme eliminieren die Schaltschiene und Gabelanordnung komplett. Stattdessen leiten diese „gabellosen“ Systeme Hydraulikflüssigkeit in Kammern, die die Kolben antreiben, um Schaltmuffen in Eingriff mit den Zahnrädern zu verlagern. Eine Schaltmuffe kann von einem Zahnrad gelöst werden, indem die Druckkammer entlüftet wird, so dass eine oder mehrere Rückstellfedern, die auf den Kolben einwirken, die Schaltmuffe zurück in eine neutrale Position bewegen können. Diese Systeme können somit als hybride mechanischhydraulische Systeme aufgefasst werden, da jeder Modus an der Betätigung der Schaltmuffen mitwirkt (d. h. die Schaltmuffen sind hydraulisch in Eingriff und mechanisch (Feder) freigegeben). Der Federmechanismus steigert die Komplexität von Herstellung der Anordnung und macht den Synchronisator störanfällig (z. B. durch Brechen oder „Steckenbleiben“ der Federn).
Diese Offenbarung geht auf einige der oben erwähnten Punkte ein und kann verschiedene zusätzliche Vorteile bieten. Generell wird hierin eine Synchronisatoranordnung offenbart, die, anstatt von einem oder mehreren schienenmontierten Gabelelementen angetrieben zu werden, konfiguriert ist, um Bewegung an die eine oder mehrere Schienen anzutreiben oder weiterzugeben, deren Positionen erfasst und als Eingabe für eine elektronische Steuerung verwendet werden als Darstellungen der Synchronisatorpositionierung und damit Darstellungen des Eingriffszustands eines Zahnrads des Getriebes. Anstatt also die Schienen sowie die Gabeln zu eliminieren, verwendet die offenbarte gabellose Synchronisatoranordnung Schienen als Teil einer Eingabezuführung, um die Übertragung zu überwachen und zu steuern.
Da die Schienen nur zur Positionserfassung verwendet werden, müssen sie keine Lasten tragen oder übertragen, die mit einer Getriebeschaltung verbunden sind, wie bei herkömmlichen gabelförmigen Synchronisatoranordnungen. Während die Schienen so vorhanden bleiben, wurde ihre lasttragende Funktion eliminiert, was die Teilezahl der lasttragenden Verschleißkomponenten im Vergleich zu herkömmlichen gegabelten Synchronisatoranordnungen verringert, wodurch die Betriebslebensdauer des Synchronisators und des Getriebes verbessert wird. Während ferner die Schienen verbleiben, wurden herkömmliche Gabeln eliminiert, was den Platzbedarf der Anordnung verringern kann, insbesondere in der radialen Abmessung, wodurch eine kompaktere Anordnung im Vergleich zu herkömmlichen gabelförmigen Synchronisatoren bereitgestellt wird.
Eine oder mehrere Ausführungsformen einer gabellosen Synchronisatoranordnung sind hierin offenbart, die unter hydraulischer Kraft arbeiten, um einen oder mehrere Schaltmuffen sowohl in die eingerasteten als auch in die gelösten Positionen in Bezug auf ein oder mehrere Zahnräder einer Getriebeanordnung zu verschieben. Es versteht sich jedoch, dass andere als die hier beschriebenen Ausführungsformen von gabellosen Synchronisatoranordnungen auch Aspekte dieser Offenbarung beinhalten können, einschließlich solcher gabelloser Synchronisatoren, die nicht hydraulisch betätigt werden oder die hydraulisch betätigt werden, aber Synchronisatorkomponenten aufweisen, die sich von diesen beschriebenen unterscheiden.
In einigen Ausführungsformen ist ein elektro-hydraulischer Synchronisator imstande, selektiv ein oder mehrere Zahnräder mit einer Antriebswelle über eine durch die Motorantriebswelle gedrehte Wellennabe zu koppeln. Eine Anordnung von verzahntem Ring und Schaltmuffe kann konzentrisch um die Wellennabe herum angeordnet und entlang der Drehachse in Bezug auf die Wellennabe bewegbar sein. Die Schaltmuffen-Verzahnungen können die Wellennabe in Eingriff bringen und, wenn sich der Ring in einer axialen Position im Eingriff befindet, ein Zahnrad. Die Schaltmuffe kann aus dem verzahnten Annulus der Wellennabe gelöst werden, wenn sich der Ring in einer neutralen Position befindet. Die Schaltmuffe überträgt somit Drehantriebskraft von der Wellennabe an das Zahnrad, wenn der Ring in Eingriff in der axialen Position ist. Ein zweiter Ring und eine Schaltmuffe können vorgesehen sein, um selektiv ein zweites Zahnrad mit der Wellennabe zu koppeln, wobei in diesem Fall der Synchronisator alternativ eines von zwei verschiedenen Getrieberädern mit dem Motor koppeln kann. Hydraulikkolben (z. B. eine doppeltwirkende oder Zweiwege-Kolbenanordnung) können Hydraulikfluid aufnehmen, um den Ring/die Ringe in die eingerastete und neutrale axiale Position zu bewegen. In bestimmten Ausführungsformen kann ein federvorgespannter Sperrring zwischen jeder Schaltmuffe und dem zugeordneten Zahnrad angeordnet sein, um zu verhindern, dass sich der Ring in die eingerastete axiale Position bewegt, bis ein innerer verzahnter Annulus der Schaltmuffe mit einem verzahnten Annulus des Zahnrads rotatorisch ausgerichtet ist. Der Sperrring kann konfiguriert sein, um relativ zu der Schaltmuffe drehend zu schwenken, um eine Ausrichtung und einen Eingriff der Verzahnungen der Schaltmuffe mit den Verzahnungen des Zahnrads zu ermöglichen.
In bestimmten Ausführungsformen kann die Sensorschienenanordnung des offenbarten, gabellosen Synchronisators direkt mit den Ring- oder Schaltmuffenkomponenten derart in Verbindung stehen, dass eine relative Drehung des Rings und der Schaltmuffe ermöglicht wird, während eine axiale Verschiebung von dem Ring und der Schaltmuffe auf die Schiene übertragen wird. Der Synchronisator kann beispielsweise Schienenarme umfassen, von denen jeder an einem Ende direkt oder indirekt an einer Schiene befestigt ist und an einem anderen Ende direkt oder indirekt mit einem Ring oder einer Schaltmuffe verbunden ist, um eine relative Drehung zu ermöglichen. Diese Drehverbindung kann beispielsweise eine direkte Kopplung sein, bei der ein bogenförmiges Ende eines Schienenarms mit einem Umfangsmerkmal eines Rings zusammenwirkt. In einer Ausführungsform passt das bogenförmige Ende des Schienenarms in eine sich radial nach außen öffnende Nut, die sich kontinuierlich oder intermittierend entlang des Außenumfangs des Rings erstreckt.
Die Sensorschienenanordnung kann einen oder mehrere Sensoren umfassen, die jede verfügbare Technologie verwenden, um die absolute oder relative axiale Position oder Änderung der axialen Position der Schienen zu erfassen. Zum Beispiel können die Sensoren einer oder mehrere von verschiedenen Positionssensoren sein, einschließlich linearer oder anderer Näherungssensoren, die elektromagnetische Kopplung (z. B. LVDT- und Hall-Effekt-Sensoren), kapazitive, Infrarot-, Ultraschall-, Laser- und/oder andere Sensortechnologie verwenden. Der eine oder die mehreren Sensoren können in einer festen oder relativ beweglichen Beziehung zu den Schienen montiert sein, zum Beispiel direkt an den Schienen oder an der umgebenden Struktur (z. B. einem Sensorschienengehäuse (oder einem anderen Gehäuse)). Im letzteren Fall würden der eine oder die mehreren Sensoren angeordnet sein, um die absolute oder relative Position der Schienen zu erfassen, während in dem ersteren Fall der eine oder die mehreren Sensoren andere umgebende Strukturen als die Schienen (z. B. ein Gehäuse) erfassen würden. Ein interessierender Bereich zur Erfassung durch den einen oder die mehreren Sensoren kann in den Schienen oder der umgebenden Struktur ausgebildet sein oder daran befestigt sein, um eine bestimmte Rückmeldung an den einen oder die mehreren Sensoren zu geben (z. B. ein stärkeres, gleichbleibenderes und lineareres Signal an den Sensor/die Sensoren). Zum Beispiel kann eine profilierte Nut (z. B. eine „V“-Nut) in jeder Schiene ausgebildet sein, wobei die Vertiefung entweder eine Mulde hat (d. h. mit ebenem Boden) oder scharf abgewinkelt ist und entweder mit der Schienenachse oder in einem Winkel dazu ausgerichtet ist (z. B. 90 Grad). Es können Sensorpaarungen (z. B. Sender/Empfänger oder Wandlerpaare) verwendet werden, bei denen ein Teil des Paars an einer Schiene montiert ist und das andere Teil an einem anderen Ort.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen kann der offenbarte, gabellose Synchronisator im Zusammenhang mit einem breiten Spektrum von Arbeitsfahrzeugen verwendet werden, einschließlich landwirtschaftlicher Traktoren, wie in 1 gezeigt. Während ein Traktor hierin als ein Beispiel-Arbeitsfahrzeug dargestellt und beschrieben ist, wird ein Fachmann auf diesem Gebiet erkennen, dass die Prinzipien der hierin offenbarten gabellosen Synchronisatoranordnung leicht angepasst werden können für den Einsatz in anderen Arten von Arbeitsfahrzeugen, darunter zum Beispiel verschiedene andere landwirtschaftliche Maschinen und andere Fahrzeuge oder stationäre Maschinen, die in der Baubranche, Forstwirtschaft oder in anderen Branchen eingesetzt werden. Als solches sollte die vorliegende Offenbarung nicht auf Anordnungen beschränkt sein, die mit einem Traktor oder dem speziellen dargestellten und beschriebenen Beispiel-Traktor zusammenhängen.
Wie in 1 dargestellt, umfasst das Arbeitsfahrzeug 10 einen Fahrzeugrahmen 12. Gestützt auf den Fahrzeugrahmen 12 ist eine Antriebsquelle 14, die Leistung an ein Getriebe 16 bereitstellt. In einem Beispiel ist die Antriebsquelle 14 ein interner Verbrennungsmotor, wie beispielsweise ein Dieselmotor, der von einem Motorsteuermodul gesteuert wird. Es sollte angemerkt werden, dass andere Antriebsformen bereitgestellt werden können, wie zum Beispiel eine Brennstoffzelle, ein Elektromotor, ein hybrides Gas-Strom-Antriebsaggregat usw. Das Getriebe 16 überträgt die Leistung von dem Motor an einen geeigneten Antriebsstrang, der mit einem oder mehreren angetriebenen Räder 18 des Arbeitsfahrzeugs 10 gekoppelt ist, um es dem Arbeitsfahrzeug 10 zu ermöglichen, über das Gelände zu fahren. Das Arbeitsfahrzeug 10 umfasst ein elektrohydraulisches System mit einer oder mehreren Hydraulikpumpen 20 und elektrohydraulischen Ventilen 22, betrieben durch eine oder mehrere Steuerungen 24, um Betriebsarten des Getriebes 16 zu steuern. Informationen in Bezug auf das Getriebe (z. B. aktueller Antriebsmodus oder Gang) können über eine Bedienerschnittstelle 26 (z. B. einen Anzeigeschirm) an den Bediener in einer Fahrerkabine 28 weitergegeben werden.
Bezieht man sich nun auch auf 2 und 3, kann das Getriebe 16 ein oder mehrere Zahnräder für die Vorwärts- und Rückwärtsbewegung des Arbeitsfahrzeugs 10 umfassen, einschließlich mehrerer Vorwärtsbereichsgänge, wie z. B. Zahnräder 30, 32 zum Antreiben des Arbeitsfahrzeugs 10 bei verschiedenen Geschwindigkeiten. Um zwischen den Gängen zu schalten, wie beispielsweise zwischen den Gängen 30, 32, kann das Getriebe 16 einen oder mehrere Synchronisatoren beinhalten, wie zum Beispiel den Synchronisator 40, der axial zwischen den Gängen 30, 32 angeordnet ist, die alle konzentrisch zu einer Drehachse R sein können, die sich von einer Antriebswelle 44 erstrecken, die Leistung von dem Motor abgibt. Die Zahnräder 30, 32 können direkt an glatten Abschnitten der Antriebswelle 44 montiert werden oder an verschiedenen Buchsen oder Muffen, so dass die Antriebswelle 44 relativ zu den Zahnrädern 30, 32 gedreht werden kann, bis einer (aber nicht beide) der Zahnräder 30, 32 durch den Synchronisator 40 in Eingriff gebracht wird. Der Synchronisator 40 kann an der Antriebswelle 44 durch eine Wellennabe 46 oder dergleichen montiert werden, wie die, die an der Antriebswelle 44 angebracht ist zur ständigen gemeinsamen Drehung, wie beispielsweise über die Gegenverzahnungen 48 oder über andere passende gezahnte oder mehrseitige Abschnitte der Antriebswelle 44 und der Wellennabe 46. Auf diese Weise wird das Motordrehmoment durch die Antriebswelle 44 und die Wellennabe 46 an den Synchronisator 40 angewendet und wenn eingelegt, auf einen der Gänge 30, 32.
Bezieht man sich nun auch auf 4 und 5, umfasst der Beispiel-Synchronisator 40 Ringkörper oder Ringe, angebracht an die Wellennabe 46, nämlich einen Innenring 50, der radial in einem Außenring 52 sitzt und so konfiguriert ist, dass er sich in axialer Richtung relativ zueinander und zu der Wellennabe 46 bewegen kann. Die Anordnung der Ringe 50, 52 an der Wellennabe 46 bildet mehrere Fluidkammern, in denen Hydraulikfluid in einer gesteuerten Weise geleitet werden kann, um entweder den Innenring 50 oder den Außenring 52 während des Schaltens axial von der Wellennabe 46 wegzubewegen (d. h. Kopplung eines der Zahnräder 30, 32 mit der Antriebswelle 44). Kontrollierte Entlüftung und Befüllung einer oder mehrerer der Fluidkammern bewirkt, dass der axial verschobene Ring 50, 52 in eine neutrale Position zurückkehrt, sowie dass der andere Ring 50, 52 während des Schaltens in einen anderen Gang 30, 32 axial verschoben wird.
Das veranschaulichte Beispiel des Synchronisators 40 wird nun im Detail beschrieben zum Zwecke der Angabe von einer oder mehreren Beispielsanordnungen zur Durchführung der Prinzipien dieser Offenbarung. Weitere strukturelle und betriebliche Details des Beispiel-Synchronisators 40 sind unter der gleichzeitig anhängigen Anmeldung im Miteigentum mit der Seriennummer 15/187,636, eingereicht am 20. Juni 2016, zu finden, die durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit so aufgenommen ist, als ob sie hier vollständig dargelegt wäre. Es versteht sich jedoch, dass andere Synchronisatoranordnungen entworfen werden können, ohne vom Umfang dieser Offenbarung abzuweichen.
Wie gezeigt, ist die Wellennabe 46 eine ringförmige Komponente mit einem verzahnten zentralen Annulus 60, in dem die Verzahnungen in der Richtung auf die Drehachse R ausgerichtet sind, um so die radial nach außen ragenden Verzahnungen 48 der Antriebswelle 44 in Eingriff zu bringen, dass sie sich verzahnend verbinden, ausreichend um Drehmoment von dem Motor zu übertragen. Von dem zentralen Annulus 60 erstreckt sich die Wellennabe 46 radial nach außen entlang eines axial verengten Körpers zu einem verbreiterten ringförmigen Umfang. Der ringförmige Umfang definiert ein Paar von beabstandeten verzahnten Annuli 64, 66, einer auf jeder axialen Seite einer radialen Ebene, die Wellennabe 46 halbierend. Die verzahnten Annuli 64, 66 sind an einem Innenumfang des ringförmigen Umfangs ausgebildet, so dass die Verzahnungen radial nach innen zur Rotationsachse R hin ragen. Zwei beabstandete ringförmige Wände 68, 70 ragen radial nach außen von einer Außenseite des ringförmigen Umfangs, mit einer allgemein glatten zylindrischen Wand dazwischen. Die Wände 68, 70 haben Nutenden, die Dichtungen stützen. In bestimmten Ausführungsformen kann die Wellennabe 46 in erster Linie als eine einzige monolithische Struktur ausgebildet sein mit der Ausnahme der Wand 70, die ein separates Teil ist (z. B. durch einen Sprengring gehalten und durch einen O-Ring abgedichtet).
Der Innenring 50 ist eine ringförmige Komponente mit einem Hauptringkörper 80 und einer Ringerweiterung 82. Der Ringkörper 80 weist zwei axial beabstandete ringförmige Wände 84, 86 auf, die sich radial nach innen und nach außen auf radial inneren und äußeren Seiten des Ringkörpers 80 erstrecken, jeweils mit Nutenden, die zusätzliche Dichtungen unterstützen. Die Ringerweiterung 15 ist radial vom Außenumfang des Ringkörpers 80 beabstandet, außer wo es eine Verbindung zu dem Ringkörper 80 gibt. Am Plateau 88 erstreckt sich der Außenumfang des Ringkörpers 80 weiter radial nach außen an der Axialseite des Ringkörpers 80, wo die Ringerweiterung 82 eine Verbindung herstellt, und eine Nut für eine andere Dichtung aufweist. In bestimmten Ausführungsformen sind die ringförmige Wand 86 und die Ringerweiterung 82 von dem Ringkörper 80 getrennte Teile (z. B. durch zusätzliche Sprengringe verbunden und durch einen O-Ring abgedichtet, wie in dem dargestellten Beispiel gezeigt).
Der Außenring 52 ist eine ringförmige Komponente mit einer ringförmigen Wand 92, die sich radial nach innen auf einer radial inneren Seite des Außenrings 52 erstreckt mit einem Nutende, das eine andere Dichtung trägt. Der Außenring 52 ist so bemessen und geformt, dass er um den Ringkörper 80 des Innenrings 50 passt, und teilweise in den Raum zwischen dem Ringkörper 80 und der Ringerweiterung 82.
Die Innen- und Außenringe 50, 52 binden jeweils erste und zweite Schaltmuffen 100, 102. Die Schaltmuffe 100 weist einen abgewinkelten Querschnitt auf, dessen Axialschenkel sich axial in Richtung der Wellennabe 46 erstreckt und radial von dem Innenumfang des Ringkörpers 80 beabstandet ist. Die Schaltmuffe 100 definiert einen doppelseitigen verzahnten Annulus 110 mit radial nach innen und außen gerichteten Verzahnungen in Richtung und weg von der Rotationsachse R. Die Schaltmuffe 102 weist einen abgewinkelten Querschnitt auf, dessen Axialschenkel sich axial in Richtung der Wellennabe 46 erstreckt und radial von dem Innenumfang des Außenrings 52 beabstandet ist und definiert einen weiteren doppelseitigen verzahnten Annulus 112 mit Verzahnungen mit radial nach innen und außen gerichteten Verzahnungen in Richtung und weg von der Rotationsachse R. In bestimmten Ausführungsformen sind die Schaltmuffen 100, 102 von den Innen- und Außenringen 50, 52 getrennte Teile, die durch zusätzliche Sprengringe verbunden sind, wie in dem dargestellten Beispiel gezeigt.
Hydraulikfluid kann durch verschiedene interne Durchführungen zum Synchronisator 40 geleitet werden, wie zum Beispiel ein Netz von Durchführungen 120, gezeigt in 5, gekoppelt mit Hydraulikleitungen 122a, 122b, die von zwei zugeordneten elektrohydraulischen Ventilen 22a, 22b abgehen. Axiale und radiale Fluiddurchführungen in der Antriebswelle 44 können mit axialen und radialen Fluiddurchführungen in der Wellennabe 46 kommunizieren. In bestimmten Ausführungsformen sind verschiedene der Fluiddurchführungen des Fluiddurchführungsnetzes 120 als Durchgangs- oder Blindbohrungen in der Antriebswelle 44 und der Wellennabe 46 ausgebildet, deren offene Enden verschlossen werden können. Das Fluiddurchführungsnetz 120 stellt Hydraulikfluid an die Hydraulikkammern bereit, die durch die Anordnung der Wellennabe 46 und der Innen- und Außenringe 50, 52 definiert sind. Die Hydraulikkammern oder die Komponenten, auf die das eingeschlossene Fluid wirkt, arbeiten als Hydraulikkolben“ oder „Kolben“ aufgrund des unter Druck stehenden Fluids, das die Antriebskraft der Fahrbewegung des Synchronisators 40 bereitstellt. In dem dargestellten Beispiel gibt es vier Hydraulikkammern 130a, 130b, 130c und 130d, wobei die ersteren beiden zwischen der Wellennabe 46 und dem Innenring 50 ausgebildet sind und die letzteren beiden zwischen dem Innenring 50 und dem Außenring 52 ausgebildet sind. Verschiedene Entlüftungskanäle können in dem Innenring 50 ausgebildet sein, um eine Verbindung zwischen den Hydraulikkammern (z. B. zwischen 130a und 130c und zwischen den Hydraulikkammern 130b und 130d) zu ermöglichen, und verschiedene Dichtungen stellen dynamische Dichtungen zwischen den beweglichen Teilen bereit, um den Druck in den Hydraulikkammern 130a-d abzudichten.
Im Allgemeinen rotiert die Wellennabe 46 während des Betriebs und bewegt sich nicht axial. Während des Schaltens in und aus dem Gang 32 gleitet der Innenring 50 axial relativ zu der Wellennabe 46 und dem Außenring 52, der in seiner neutralen Position gehalten wird, wie in 5 gezeigt. Während des Schaltens in und aus dem Gang 30, gleitet der Außenring 52 axial relativ zur Wellennabe 46 und dem Innenring 50, der in seiner neutralen Position gehalten wird, wie in 5 gezeigt. Der Synchronisator 40 kann in dem neutralen Zustand gehalten werden wie in 5 auf eine von zwei Arten, nämlich durch Halten der Hydraulikkammern 130a-d in offener Verbindung mit der Hydraulikdruckquelle (z. B. durch öffnen oder anderweitiges Betätigen beider Steuerventile 22a, 22b im „Druck“-Modus), oder durch Entlüften der Hydraulikkammern 130a-d zum Tank (z. B. durch Schließen oder anderweitiges Betätigen beider Steuerventile 22a, 22b im „Tank“-Modus).
Um den Innenring 50 in die axiale Position zu bewegen, die notwendig ist, um die Schaltmuffe 102 in Eingriff zu bringen, ist das Steuerventil 22a im Druckmodus und das Steuerventil 22b wird in den Tankmodus gebracht. Die Hydraulikkammer 130a (und die Hydraulikkammer 130c über einen Entlüftungskanal) werden unter Druck gesetzt, und die Hydraulikkammern 130b, 130d können zum Tank entlüftet werden. Indem beide Ventile 22a, 22b in den Druckmodus zurückgeführt werden, wird Druck (über die Hydraulikleitung 122b) der Hydraulikkammer 130b (und der Hydraulikkammer 130d über einen Entlüftungskanal) zugeführt. Der Außenring 52 bleibt in seiner neutralen Position, und der Innenring 50 kehrt in seine neutrale Position zurück. Der Gang 30 wird eingelegt durch Bewegen des Außenrings 52 aus seiner neutralen Position in die axiale Position, die notwendig ist, um die Schaltmuffe 100 in Eingriff zu bringen. Dies wird erreicht, indem das Steuerventil 22a in Tankmodus mit Energie versorgt wird und das Steuerventil 22b in Druckmodus, wodurch die Hydraulikleitung 122b unter Druck gesetzt wird. Die Hydraulikkammer 130b (und die Hydraulikkammer 130d über einen Entlüftungskanal) werden unter Druck gesetzt, und die Hydraulikkammern 130a, 130c können zum Tank entlüftet werden. Indem beide Ventile 22a, 22b in den Druckmodus zurückgeführt werden, wird Druck (über die Hydraulikleitung 122a) der Hydraulikkammer 130a (und der Hydraulikkammer 130c über einen Entlüftungskanal) zugeführt. Der Innenring 50 bleibt in seiner neutralen Position, und der Außenring 52 kehrt in seine neutrale Position zurück.
Ordnungsgemäßes Ineinandergreifen jeder der Schaltmuffen 100, 102 mit ihren jeweiligen Gängen 30, 32 kann durch eine Sperranordnung 140 (mit Sperranordnungen 140a, 140b für zugehörige Schaltmuffen 100, 102) erleichtert werden, die dazu dienen, die axiale Bewegung der Schaltmuffen 100, 102 zu beeinträchtigen (und dadurch die Innen- und Außenringe 50, 52) in die Bahn der Gänge 30, 32, bis die beiden Komponenten so getaktet sind, dass die Verzahnungen einer Schaltmuffe axial (oder rotatorisch) mit den Nuten zwischen den Verzahnungen eines Zahnrads ausgerichtet sind. Darüber hinaus, da die Schaltmuffen 100, 102 und der gesamte Synchronisator 40 sich mit der Antriebswelle 44 kontinuierlich drehen, werden die Sperrkörper dazu genutzt, die Drehung der Zahnräder zu initiieren und sie auf die Drehzahl der Antriebswelle 44 zu bringen. Erst nachdem sich ein Paar der Schaltmuffen 100, 102 und das zugehörige Zahnrad 30, 32 in der richtigen Taktung mitdrehen, ermöglicht es die Sperranordnung, dass die Schaltmuffe 100, 102 axial gleitet, um die Verzahnungen ineinanderzugreifen. Die zuvor erwähnte Anwendung beschreibt im Detail eine beispielhafte federvorgespannte Sperranordnung 140, die in dem Beispiel-Synchronisator 40 verwendet werden kann.
Kurz gesagt dreht sich ein Ring jeder Sperranordnung 140a, 140b mit der Antriebswelle 44. Während des Schaltens, wenn ein Sperrring axial zu seinem Zahnrad hin bewegt wird, passt ein sich verjüngender Abschnitt des Sperrrings mit einem konischen Abschnitt des Zahnrads zusammen, um einen Reibungseingriff bereitzustellen, wenn das Paar von Komponenten zusammengebracht wird, was möglicherweise eine gewisse relative Drehung ermöglicht (oder Rutschen) in den frühen Stadien des Eingriffs. Die Differenz zwischen der Drehgeschwindigkeit des Sperrrings und des Zahnrads 30, 32 erzeugt ein Drehmoment an dem Sperrring, das bewirkt, dass es sich relativ zu der Wellennabe 46 leicht dreht, wonach es sich weiter mit der Wellennabe 46 mitdreht. Dies positioniert den Sperrring in einer Position, die den axialen Weg der zugehörigen Schaltmuffe 100, 102 beeinträchtigt. Wenn sich die Schaltmuffe 100, 102 weiter bewegt, übt sie ein Drehmoment auf den Sperrring aus, was den Sperrring aus der Bahn der Schaltmuffe 100, 102 räumt. Jedoch trifft dieses Drehmoment auf den Widerstand durch den Eingriff des Sperrrings und des Zahnrades 30, 32, das sich noch mit einer anderen Geschwindigkeit dreht. Wenn das Zahnrad 30, 32 beschleunigt oder abgebremst wird, um sich der Geschwindigkeit des Synchronisators 40 anzupassen, leitet das Reibmoment mit dem Zahnradkonus ab, um es der Schaltmuffe 100, 102 zu ermöglichen, den Sperrring zu durchqueren. Das Zahnrad 30, 32 darf nicht mit dem Sperrring getaktet werden. Wenn sich jedoch die Schaltmuffe 100, 102 weiter bewegt, wird der Sperrring nach Bedarf umschalten, bis die Schaltmuffe 100, 102 vollständig in das Zahnrad 30, 32 eingreifen kann.
Wie zuvor erwähnt, enthält der gabellose Synchronisator eine Sensorschienenanordnung, die mit dem Synchronisator zusammenwirkt, um den Eingriffszustand des Getriebes zu bestimmen. Die Sensorschienenanordnung kann Teil einer Rückkopplungsschleife an die Steuerung 24 sein (z. B. entweder eine Master-Fahrzeugsteuerung oder eine dedizierte Teilsystemsteuerung wie eine Getriebe- oder Motorsteuerung), um ein Eingangssignal bereitzustellen, das den Zustand der Übertragung und/oder die Bestätigung der Gangwahl anzeigt. Die Steuerung 24 kann diese Rückmeldung nutzen, um den Betrieb des elektrohydraulischen Systems zu steuern, und insbesondere die Steuerventile 22. Die Steuerung 24 kann auch ein Rückmeldungssignal an die Bedienerschnittstelle 26 ausgeben, um dem Bediener eine visuelle Anzeige des aktuell eingelegten Gangs bereitzustellen. Die Steuerung 24 kann auch die Eingangssignale von der Sensorschienenanordnung auf Betriebsanomalien oder zu Diagnosezwecken überwachen.
Mit weiterem Bezug auf 2 und auch auf 6 - 8 wird nun eine Beispiel-Sensorschienenanordnung im Zusammenhang mit dem Beispiel-Synchronisator 40 und den oben aufgeführten Zahnrädern 30, 32 beschrieben. Die beispielhafte Sensorschienenanordnung 150 umfasst eine Schiene, die jeder Schaltmuffe oder jedem Zahnrad entspricht, die in dem Beispiel-Synchronisator 40 zwei Schaltmuffen 100, 102 für zugeordnete Zahnräder 30, 32 umfasst und somit zwei Schienen 152a, 152b enthält. Systeme zur Verwendung mit einer geringeren oder größeren Anzahl von Schaltmuffen oder Zahnrädern können dementsprechend weniger (z. B. eine) oder mehr Schienen (z. B. drei oder mehr) aufweisen. In ähnlicher Weise enthält die Beispiel-Sensorschienenanordnung 150 eine entsprechende Anzahl von Sensoren, hier Sensoren 154a, 154b, zum Erfassen der axialen Position der entsprechenden Schienen 152a, 152b. Wiederum können Systeme mit einer geringeren oder größeren Anzahl von Schienen entsprechend weniger (z. B. eine) oder mehr Sensoren (z. B. drei oder mehr) aufweisen. Alternativ können ein oder mehrere einzelne Sensoren positioniert sein, um die Position von mehreren Schienen zu erfassen, und die Steuerung 24 kann dementsprechend konfiguriert sein, um mehrere Schienenpositionen von mehreren Schienen durch den Zuführungseingang eines solchen Sensors aufzulösen. Die Schienen können in einem solchen Fall unter Nutzung verschiedener Techniken differenziert werden, einschließlich durch Nutzung von Schienen mit unterschiedlichen Eigenschaften (z. B. Einsatzmaterialien, Masse oder andere Eigenschaften), die zu Sensorsignalen an die Steuerung führen mit unterschiedlichen Eigenschaften (z. B. Amplitude, Frequenz, Verstärkung usw.). Verschiedene andere Sensortechniken und/oder Filtertechniken können eingebaut werden, um die Schienen in einem solchen Fall zu differenzieren. Die Sensoren 154a, 154b in der Beispiel-Sensorschienenanordnung 150 sind elektromagnetische lineare Positionssensoren (z. B. Hall-Effekt-Sensoren), die jeweils die axiale Position einer entsprechenden Schiene 152a, 152b erfassen. Wie erwähnt, kann jedoch eine beliebige von verschiedenen Sensortechnologien genutzt werden, einschließlich verschiedener kapazitiver, Infrarot-, Ultraschall- und Lasersensoren. Auch können Sensorpaarungen (z. B. Sender/Empfänger oder Wandlerpaare) verwendet werden, bei denen ein Teil des Paars an einer Schiene montiert ist und das andere Teil an einem anderen Ort. In jedem Fall ist jeder der Sensoren 154a, 154b über eine passende Leitung, einen Bus oder ein drahtloses Netzwerk mit der Steuerung 24 verbunden.
In der Beispiel-Sensorschienenanordnung 150 sind die Schienen 152a, 152b langgestreckte, allgemein zylindrische Metallstäbe. Die Stangen können herkömmliche Gabelholme aus einem widerstandsfähigen Stahlmaterial sein. Es können jedoch leichtere, kostengünstigere, nicht strukturelle Materialien verwendet werden, da die Schienen keine Lasten transportieren müssen. Darüber hinaus können andere Schienengeometrien verwendet werden, und die Länge, das Querschnittsprofil, die Materialeigenschaften und andere Eigenschaften können für jede Schiene 152a, 152b gleich oder verschieden sein. Die Enden der Schienen 152a, 152b in dem dargestellten Beispiel sind verschiebbar in nach innen sich axial öffnenden Taschen 156a, 156b in einem Sensorschienengehäuse 158 oder einer anderen Struktur (z. B. Getriebegehäuse) aufgenommen. Die Taschen 156a, 156b tragen die Schienen 152a, 152b, während sie eine axiale Verschiebung ermöglichen. Buchsen, Muffen, Hülsen, Oberflächenbehandlungen usw. die einen verringerten Reibungskoeffizienten bereitstellen, können enthalten sein, um das relative Gleiten der Schienen 152a, 152b weiter zu erleichtern. In dem dargestellten Beispiel sind die Sensoren 154a, 154b fest an dem Sensorschienengehäuse 158 angebracht (z. B. unter Verwendung geeigneter mechanischer Befestigungsmittel, Klebstoffe oder verschiedener Löt- oder Schweißtechniken), um die relative oder absolute axiale Position der entsprechenden Schienen 152a, 152b zu erfassen. Alternativ können einer oder mehrere der Sensoren so montiert sein, dass sie sich so mit den Schienen bewegen, dass die Sensoren positioniert und konfiguriert wären, eine umgebende Struktur außer den Schienen (z. B. ein Teil des Sensorschienengehäuses) zu erfassen. In diesem Fall wären die Sensoren direkt oder indirekt an den Schienen befestigt (z. B. über eine Stabklemme).
Die Sensoren 154a, 154b können so montiert sein, dass sie einen beliebigen Teil der entsprechenden Schienen 152a, 152b (oder der umgebenden Struktur) entlang der Länge der Schienen 152a, 152b erfassen. In dem dargestellten Beispiel befinden sich die Sensoren 154a, 154b in der Nähe eines interessierenden Bereichs. Ein derartiger interessierender Bereich kann in den Schienen 152a, 152b (oder der umgebenden Struktur) ausgebildet oder daran befestigt und so konfiguriert sein, dass er die Positionserfassung und/oder das Eingangssignal an die Steuerung 24 verbessert. Als ein Beispiel ist eine profilierte Nut 160a, 160b in jede Schiene 152a, 152b an einer Stelle entlang ihrer Länge ausgebildet (z. B. maschinell bearbeitet), die nahe der Position des zugeordneten Sensors 154a, 154b ist, einem eingerückten Zustand entsprechend (oder alternativ dem neutralen Zustand) des Synchronisators 40. Darüber hinaus weist die Nut 160a, 160b des interessierenden Bereichs ein Profil auf, das das Eingangssignal des Sensors beeinflusst. In dem dargestellten Beispiel ist jede Nut 160a, 160b eine „V“-Nut, die konfiguriert ist, um ein stärkeres, gleichbleibenderes und lineareres Signal bereitzustellen. Die profilierte V-Nut kann eine Vertiefung aufweisen, die entweder muldenförmig (d. h. mit flachem Boden) oder scharf abgewinkelt ist. Seiten, die gerade oder gekrümmt sind (mit oder ohne Änderung einer Beugung) und entweder mit der Schienenachse (oder der Achse R) oder in einem Winkel (z. B. 90 Grad) dazu ausgerichtet sind.
In dem oben beschriebenen Beispiel-Synchronisator 40 erfasst die Sensorschienenanordnung 150 den Eingriffszustand des Synchronisators 40 in Bezug auf jeden der Gänge 30, 32 durch eine axiale Bewegung einer der Schienen 152a, 152b in Reaktion auf eine axiale Verschiebung einer der Schaltmuffen 100, 102. Dies wird im Ausführungsbeispiel durch eine direkte mechanische Verbindung zwischen den Schienen 152a, 152b und den Innen- und Außenringen 50, 52 in Form von Schienenarmen 162a, 162b erreicht. Jeder Schienenarm 162a, 162b ist in Bezug auf die zugeordnete Schiene 152a, 152b axial fest gekoppelt und in Bezug auf die zugeordneten Innen- und Außenringe 50, 52 relativ drehgekoppelt. Die Schienenarme 162a, 162b und ihre Verbindungen können konfiguriert und auf verschiedene Weise entweder als Anordnungen oder als einzelne Komponenten erreicht werden. Ferner haben in dem veranschaulichten Beispiel die Schienenarme 162a, 162b unterschiedliche Konstruktionen und Größen, wie sie benötigt werden, um die unterschiedlichen Räume zwischen den Schienen 152a, 152b und ihren zugehörigen Ringen 50, 52 zu überbrücken, jedoch können sie die gleiche Form/Konstruktion in anderen Anwendungen haben. Wie die Schienen 152a, 152b können die Schienenarme 162a, 162b leichtgewichtig sein und aus weniger kostspieligen, nicht strukturellen Materialien bestehen, da sie keine hohen Lasten auf die Schienen 152a, 152b übertragen.
In dem dargestellten Beispiel, wenn auch von unterschiedlichen Längen und Konfigurationen, sind die Schienenarme 162a, 162b jeweils direkt mit den zugehörigen Schienen 152a, 152b über Schienenklemmen 164a, 164b gekoppelt, die starre Blöcke mit axialen Bohrungen und querverlaufenden Gewindebefestigungen sind, die gegen die Schienen 152a, 152b wirken. Die Schienenansprüche 164a, 164b erleichtern die Montage an den Schienen 152a, 152b, indem sie eine axiale Positionseinstellung (d. h. Gleiten) vor dem Befestigen ermöglichen. Die anderen Enden der Schienenarme 162a, 162b sind mit den Ringen 50, 52 über eine Nut-Feder-Verbindung gekoppelt, die eine relative Drehung zulässt (d. h. die Ringe 50, 52 können sich mit der Antriebswelle 44 drehen), während eine axiale Bewegung übertragen wird. In dem dargestellten Beispiel bilden die Schienenarme 162a, 162b die Laschenelemente und die Ringe 50, 52 bilden die Nutenelemente, jedoch kann dies auch umgekehrt sein. Insbesondere weisen die Schienenarme 162a, 162b verengte Enden 166a, 166b auf, die mit bogenförmigen Oberflächen konfiguriert sind, die jeweils einem Radius folgen, der dem einer sich nach außen öffnenden Umfangsnut 168a, 168b des entsprechenden Rings 50, 52 entspricht. Änderungen des Radius (oder sogar der Linearität) der Schnittstellenfläche der Schienenarmenden 166a, 166b sind möglich, vorausgesetzt, dass die Ringdrehung nicht beeinträchtigt wird und eine Ringumsetzung übertragen wird.
Die Sensorschienenanordnung 150 kann konfiguriert sein, um zu erfassen, das heißt, um die Steuerung 24 zu signalisieren, entweder wenn der Synchronisator 40 und dadurch das Getriebe in einem neutralen Zustand, einem eingerasteten Zustand oder in beidem ist. In der Beispiel-Ausführungsform signalisiert die Sensorschienenanordnung 150 der Steuerung 24, wenn eines der Zahnräder 30, 32 in Eingriff ist. Im Betrieb bewegt dann das Anlegen eines hydraulischen Drucks an den Synchronisator 40 eine Kombination von Ringen 50, 52, Schaltmuffen 100, 102, Schienenarmen 162a, 162b und Schienen 152a, 152b von einer neutralen axialen Position in eine eingerastete axiale Position. In der eingerasteten axialen Position befindet sich die Nut 160a, 160b der zugehörigen Schiene 152a, 152b in Anmeldeentfernung (d. h. in enger radialer Nähe) mit dem zugehörigen Sensor 154a, 154b, der ein Zustands-Signal „in Eingriff“ an die Steuerung 24 überträgt. Die Steuerung 24 kann das Eingangssignal verwenden, um das Eingriffszustandssignal für verschiedene Nutzungen der Maschinensteuerung, Zustandsüberprüfung und Bedienerrückmeldung zu verarbeiten. Zum Beispiel ist in dem veranschaulichten Beispiel die Steuerung 24 programmiert (z. B. durch einen in der integrierten Speicherarchitektur gespeicherten Prozesscode), um das Eingangssignal zu verarbeiten, um den Gangwechsel in einem Getriebesteuerschema zu bestätigen und auch einen Gangindikator an die Bedienerschnittstelle 26 auszugeben.
Die hier verwendete Terminologie dient nur dem Zweck der Beschreibung bestimmter Ausführungsformen und soll nicht die Offenbarung einschränken. Wie hier verwendet, umfassen die Singularformen „ein“, „eine“ und „der“, „die“ und „das“ auch die Pluralformen, sofern sich aus dem Kontext nichts anderes ergibt. Es versteht sich ferner, dass jegliche Verwendung der Begriffe „umfasst“ und/oder „umfassend“ in dieser Beschreibung das Vorhandensein der genannten Merkmale, ganzer Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Komponenten angibt, aber nicht das Vorhandensein oder die Hinzufügung von einer oder mehreren anderen Eigenschaften, ganzen Zahlen, Schritten, Operationen, Elemente, Komponenten oder Gruppen davon ausschließt.
Die Beschreibung der vorliegenden Offenbarung wurde zu Zwecken der Veranschaulichung und Beschreibung dargestellt, soll aber nicht erschöpfend oder beschränkt auf die Offenbarung in der offenbarten Form sein. Viele Modifikationen und Variationen sind klar für Durchschnittsfachleute auf dem Gebiet, ohne vom Umfang und Geist der Offenbarung abzuweichen. Explizit hierin Bezug genommene Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um die Prinzipien der Offenbarung und ihre praktische Anwendung zu erläutern und es anderen Fachleuten auf dem Gebiet zu ermöglichen, die Offenbarung zu verstehen und viele Alternativen, Modifikationen und Variationen an dem beschriebenen Beispiel (den beschriebenen Beispielen) zu erkennen. Entsprechend sind verschiedene Implementierungen außer den explizit hier beschriebenen innerhalb des Rahmens der Ansprüche.

Claims

Eine gabellose Synchronisatoranordnung zur selektiven Kopplung eines oder mehrerer Zahnräder mit einer Antriebswelle, die um eine Drehachse drehbar ist, wobei die Synchronisatoranordnung umfasst: eine Schaltmuffe, die durch die Antriebswelle gedreht wird und konfiguriert ist, um von einem ersten der Zahnräder in einer ersten neutralen axialen Position gelöst zu werden und das erste Zahnrad in einer ersten eingerasteten axialen Position in Eingriff zu bringen, um eine Drehantriebskraft von der Antriebswelle an den ersten Gang zu übertragen. eine Schiene, die parallel zu der Drehachse angeordnet ist; ein Schienenarm mit einem Ende, das fest mit der Schiene gekoppelt ist, und ein anderes Ende, das mit der Schaltmuffe gekoppelt ist, um eine relative Drehung zu ermöglichen und eine axiale Schaltbewegung an die Schiene zu übertragen als Reaktion auf eine axiale Bewegung der Schaltmuffe zwischen der ersten Eingriffsposition und der neutralen Axialposition; und ein Sensor, nahe der Schiene angeordnet, um eine axiale Position der Schiene zu erfassen.
Synchronisatoranordnung nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Restring, der koaxial um die Schaltmuffe herum angeordnet und mit diesem starr verbunden ist, wobei der Restring eine ringförmige Nut aufweist, die sich entlang seines äußeren Umfangs erstreckt und sich in radialer Richtung nach außen öffnet.
Synchronisatoranordnung nach Anspruch 2, wobei das Ende des mit der Schaltmuffe gekoppelten Schienenarms zumindest teilweise derart konfiguriert ist, dass es in die ringförmige Nut passt.
Synchronisatoranordnung nach Anspruch 3, wobei das Ende des Schienenarms, das mit der Schaltmuffe gekoppelt ist, eine bogenförmige axiale Oberfläche aufweist mit einem Krümmungsradius, der im Wesentlichen derselbe ist wie der einer Bodenfläche der ringförmigen Nut.
Synchronisatoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Aussparung der Schaltmuffe ein symmetrisches Profil aufweist, das eine zentrale Vertiefung einschließt, die sich entlang einer Linie erstreckt, die im Wesentlichen orthogonal zur Drehachse ist, und Plateaus auf gegenüberliegenden axialen Seiten der Vertiefung.
Synchronisatoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner umfassend eine Wellennabe, konfiguriert, um mit der Antriebswelle gedreht zu werden, wobei die Wellennabe einen verzahnten Annulus hat; wobei der Restring und die Schaltmuffe konzentrisch um die Wellennabe herum angeordnet sind und entlang der Drehachse in Bezug auf die Wellennabe bewegbar sind; und wobei die Schaltmuffe einen verzahnten Annulus hat, der mit dem verzahnten Annulus der Wellennabe in Eingriff steht.
Synchronisatoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner umfassend: eine zweite Schaltmuffe, die durch die Antriebswelle gedreht wird und konfiguriert ist, um von einem zweiten der Zahnräder in einer zweiten neutralen axialen Position gelöst zu werden und das zweite Zahnrad in einer zweiten eingerasteten axialen Position in Eingriff zu bringen, um eine Drehantriebskraft von der Antriebswelle an den zweiten Gang zu übertragen. eine zweite Schiene, die parallel zu der Drehachse angeordnet ist; ein zweiter Schienenarm mit einem Ende, das fest mit der Schiene gekoppelt ist, und ein anderes Ende, das mit der zweiten Schaltmuffe gekoppelt ist, um eine relative Drehung zu ermöglichen und eine axiale Verschiebungsbewegung an die zweite Schiene zu übertragen als Reaktion auf eine axiale Bewegung der zweiten Schaltmuffe zwischen der zweiten Eingriffsposition und der neutralen Axialposition; und ein zweiter Sensor, nahe der zweiten Schiene angeordnet, um eine axiale Position der zweiten Schiene zu erfassen.
Synchronisatoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, ferner umfassend einen zweiten Restring, der koaxial um die zweite Schaltmuffe herum angeordnet und mit dieser starr verbunden ist, wobei der zweite Restring eine zweite ringförmige Nut aufweist, die sich entlang seines äußeren Umfangs erstreckt und sich in radialer Richtung nach außen öffnet; wobei das Ende des zweiten mit der zweiten Schaltmuffe gekoppelten Schienenarms zumindest teilweise so konfiguriert ist, dass es in die ringförmige Nut passt.
Synchronisatoranordnung nach Anspruch 8, wobei die Wellennabe einen zweiten verzahnten Annulus aufweist; und wobei die zweite Schaltmuffe einen verzahnten Annulus hat, der mit dem verzahnten zweiten Annulus der Wellennabe in Eingriff steht.
Synchronisatoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Schaltmuffe konfiguriert ist, um zwischen der ersten eingerasteten und der neutralen axialen Position durch hydraulischen Druck bewegt zu werden und dadurch die Schiene axial zu verschieben.