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Die
Erfindung betrifft eine Schalteinrichtung eines automatisierten
Getriebes eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1.
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Die
DE 697 11 286 T2 beschreibt
eine Schalteinrichtung für
ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs, bei welchem Schaltelemente einer
Nebengruppe des Getriebes mittels elektromagnetisch betätigbaren
Ventilen in Form von Magnetventilen ansteuerbar sind. Ein Schaltelement
wird von einer Schaltstange betätigt,
welche mit einem Kolben einer Kolben-Zylinder-Einheit verbunden
ist. Ein Magnetventil kann durch Zu- oder Abführen von Fluid in Form von
Druckluft zu der Kolben-Zylinder-Einheit den
Kolben und damit die Schaltstange bewegen. Die Schalteinrichtung
weist ein Schaltmodul auf, welches mehrere Kolben-Zylinder-Einheiten
umfasst. Ein Hauptgetriebe wird mittels eines vom Fahrzeugführer betätigbaren
Schalthebels geschaltet.
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Es
ist die Aufgabe der Erfindung, eine Schalteinrichtung vorzuschlagen,
welche eine automatisierte Betätigung
aller Schaltelemente des Getriebes ermöglicht. Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe durch eine Schalteinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 gelöst.
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Das
Getriebe ist als ein Gruppengetriebe mit einem Hauptgetriebe und
einer ersten Nebengruppe in Form einer Rangegruppe oder einer Splitgruppe ausgeführt. Die
Schaltelemente, beispielsweise in Form von Schaltgabeln, des Hauptgetriebes
und der ersten Nebengruppe werden mittels fluidbetätigten Kolben-Zylindereinheiten
betätigt.
Die Schaltelemente sind beispielsweise über Schaltstangen mit verschiebbaren
Kolben der Kolben-Zylindereinheiten verbunden. Als Betriebsfluid
kann beispielsweise Druckluft oder Getriebeöl verwendet werden. Die Kolben-Zylindereinheiten
zum Betätigen
des Hauptgetriebes sind in einem Schaltmodul zusammengefasst. Die
Zylinder der Kolben-Zylindereinheiten werden damit zumindest teilweise
vom Schaltmodul gebildet. Die Kolben-Zylindereinheit zum Betätigen der ersten
Nebengruppe ist dagegen vom Schaltmodul beabstandet angeordnet.
Sie kann beispielsweise innerhalb eines Gehäuses der ersten Nebengruppe angeordnet
sein. Zum Zu- und Abführen
des Betriebsfluids ist die vom Schaltmodul beabstandet angeordnete
Kolben-Zylindereinheit mittels einer Fluidleitung mit dem Schaltmodul
verbunden.
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Der
beschriebene Aufbau der Schalteinrichtung ermöglicht die automatisierte Betätigung aller Schaltelemente
des Getriebes mit einem geringen Bauraumbedarf. Außerdem ist
es möglich,
eine Vielzahl von benötigten
Kanälen
für das
Betriebsfluid innerhalb des Schaltmoduls anzuordnen.
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In
Ausgestaltung der Erfindung verfügt
das Schaltmodul über
eine Modulgrundplatte, welche einen Teil der Zylinder der Kolben-Zylindereinheiten und
zumindest einen Teil eines Gehäuses
einer Vorgelegewellenbremse und/oder einen Teil eines zentralen
Kupplungsausrückers
einer Anfahrkupplung bildet.
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Die
Modulgrundplatte, welche als Gussteil, beispielsweise aus Aluminium,
hergestellt werden kann, bildet damit auch Teile der Vorgelegewellenbremse
und des zentralen Kupplungsausrückers. Diese
Teile müssen
nicht separat gefertigt werden, was höhere Kosten verursachen würde. Außerdem ergibt
sich damit eine geringe Anzahl verschiedener Bauteile der Schalteinrichtung,
was die Montage der Schalteinrichtung vereinfacht und Kosten für Lagerung
der Bauteile gering hält.
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Mittels
der Vorgelegewellenbremse kann eine Vorgelegewelle des Getriebes
bei Hochschaltungen abgebremst werden. Die Vorgelegewellenbremse
wird ebenfalls mit dem Betriebsfluid betätigt, mittels welchen auch
die den Schaltelementen des Getriebes zugeordneten Kolben-Zylindereinheiten betätigbar sind.
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Die
Anfahrkupplung ist insbesondere zwischen einem Motor und dem Getriebe
angeordnet und als automatisierte Reibungskupplung ausgeführt. Der
zentrale Kupplungsausrücker
der Kupplung wird ebenfalls mit dem genannten Betriebsfluid betätigt. Die
Modulgrundplatte bildet insbesondere einen Teil eines Trägerkörpers des
zentralen Kupplungsausrückers.
Auf dem Trägerkörper wird
ein Ringkolben des Kupplungsausrückers
beim Öffnen und
Schließen
der Kupplung geführt.
Der Aufbau und die Arbeitsweise eines zentralen Kupplungsausrückers ist
in der
DE 100 49 459
A1 ausführlich
beschrieben, deren Inhalt hiermit in die Offenbarung der vorliegenden
Anmeldung aufgenommen wird.
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In
Ausgestaltung der Erfindung ist jeder Kolben-Zylindereinheit ein einzelnes Schaltelement
des Hauptgetriebes oder der ersten Nebengruppe zugeordnet. Ein Kolben
einer Kolben-Zylindereinheit ist beispielsweise mittels einer Schaltstange
mit einer einzigen Schaltgabel verbunden. Damit können die Schaltelemente
völlig
unabhängig
voneinander angesteuert werden.
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In
Ausgestaltung der Erfindung weist das Getriebe eine zweite Nebengruppe
auf. Diese kann beispielsweise als eine zwischen Anfahrkupplung und
Hauptgetriebe angeordnete Splitgruppe ausgeführt sein. Eine Kolben-Zylindereinheit
zum Betätigen eines
Schaltelements der zweiten Nebengruppe ist im Schaltmodul angeordnet.
Damit können
die notwendigen Kanäle
ebenfalls im Schaltmodul vorgesehen werden, so dass keine zusätzlichen
Fluidleitungen notwendig sind.
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In
Ausgestaltung der Erfindung sind die Schaltelemente mittels elektromagnetisch
betätigbaren
Ventilen ansteuerbar. Das Schaltmodul weist Ausnehmungen auf, wobei
jede Ausnehmung jeweils eines der Ventile teilweise aufnehmen kann.
Die Ventile werden von einer am Schaltmodul angeordneten Steuerungseinrichtung
angesteuert. Die Steuerungseinrichtung weist Ausnehmungen auf, wobei
ebenfalls jede Ausnehmung jeweils eines der Ventile teilweise aufnehmen
kann. Außerdem
verfügt
die Steuerungseinrichtung über
Spulen, mittels welchen die Ventile elektromagnetisch betätigt werden
können. Das
Schaltmodul, die Ventile und die Steuerungseinrichtung sind dabei
jeweils als einzelne Bauteile ausgeführt. Das Ventil und die zugehörige Spule
sind also nicht in einem Bauteil zusammengefasst.
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Damit
ist keine Verkabelung zwischen den Spulen der Ventile und der Steuerungseinrichtung außerhalb
der der Steuerungseinrichtung notwendig. Eine eventuell notwendige
Verkabelung kann komplett innerhalb der Steuerungseinrichtung vorgesehen
werden. Damit kann die Verkabelung der Spulen vor der Montage der
Schalteinrichtung vollständig geprüft werden.
Außerdem
muss während
der Montage keine Verkabelung der Spulen durchgeführt werden,
was zu einer Zeitersparnis führt
und eine mögliche
Fehlerquelle ausschließt.
Im Betrieb der Schalteinrichtung ist die eventuell notwendige Verkabelung
durch ein Gehäuse
der Steuerungseinrichtung vor Beschädigungen geschützt.
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In
Ausgestaltung der Erfindung sind alle Ventile untereinander austauschbar.
Dies wird dadurch gewährleistet,
dass alle Ventile die selben Anschlüsse und die selben Abmessungen
aufweisen. Insbesondere sind alle Ventile der Schalteinrichtung
identisch. Damit kann es bei der Montage der Schalteinrichtung zu
keinen Verwechslungen zwischen verschiedenen Ventilen kommen. Dies
macht die Montage einfacher und die Gefahr, einen Fehler bei der Montage
zu machen, ist gering. Falls bei einem Ventil während des Betriebs des Kraftfahrzeugs
ein Defekt auftritt und kein Ersatzventil zur Verfügung steht,
können
die Ventile untereinander getauscht werden. Falls das defekte Ventil
für den
Betrieb des Getriebes unbedingt notwendig ist, so kann es gegen
ein Ventil, das nicht zwingend benötigt wird, getauscht werden. Beispielsweise
ist ein Ventil zur Ansteuerung einer Rangegruppe eines Gruppengetriebes
für den
Betrieb des Getriebes erforderlich, wohingegen das Getriebe mit
einem defekten Ventil einer Splitgruppe weiterhin betriebsbereit
ist. In diesem Fall könnte
ein defektes Ventil für
die Rangegruppe mit einem intakten Ventil der Splitgruppe getauscht
werden.
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In
Ausgestaltung der Erfindung sind die Ausnehmungen des Schaltmoduls
und die Steuerungseinrichtung so angeordnet, dass die Steuerungseinrichtung
und die Ventile entfernt werden können, ohne ein Gehäuse des
Getriebes öffnen
zu müssen. Ein
Ersetzen oder Austauschen von Ventilen oder der Steuerungseinrichtung
ist so mit einem sehr geringen Aufwand möglich.
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Bei
entsprechendem Einbau des Getriebes im Kraftfahrzeug können damit
im eingebauten Zustand des Getriebes Ventile ersetzt oder untereinander
ausgetauscht werden. Es ist so auch möglich, die Steuerungseinrichtung
zu tauschen, ohne das Getriebe aus dem Kraftfahrzeug ausbauen zu
müssen. Damit
können
etwaige Reparaturen einfach und kostengünstig durchgeführt werden.
Falls keine Werkstatt zur Verfügung
steht, können
die Teile mit dem zur Verfügung
stehenden Bordwerkzeug ersetzt oder ausgetauscht werden. Dies ermöglicht eine
hohe Verfügbarkeit
des Getriebes und damit des Kraftfahrzeugs.
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In
Ausgestaltung der Erfindung weist die Schalteinrichtung ein vom
Schaltmodul beabstanded angeordnetes Sensormodul auf. Das Sensormodul verfügt über Sensoren,
mittels welchen Betriebsgrößen des
Getriebes erfassbar sind. Betriebsgrößen sind beispielsweise Drehzahlen
einer Haupt- und Vorgelegewelle, Positionen der Schaltstangen und damit
der Schaltelemente und eine Temperatur eines Getriebeöls. Die
Sensoren stehen zumindest mittelbar mit der Steuerungseinrichtung
in Signalverbindung. Damit kann die Steuerungseinrichtung die erfassten
Betriebsgrößen verarbeiten
und bei der Ansteuerung der Ventile berücksichtigen. Die Zusammenfassung
der Sensoren in einem Sensormodul ermöglicht es, das komplette Sensormodul
als eine Einheit vorzufertigen. Notwendige elektrische Verbindungen
können
beispielsweise auf einer Platine des Sensormoduls vorgesehen werden.
Das Sensormodul kann vor dem Einbau in das Getriebe geprüft werden.
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In
Ausgestaltung der Erfindung verfügt
das Sensormodul über
ein Auswertemodul, welches Signale der Sensoren erfasst, vorverarbeitet
und über Datenleitungen
an die Steuerungseinrichtung sendet. Die Vorverarbeitung kann beispielsweise
darin bestehen, dass das Auswertemodul aus den Rohsignalen der Sensoren
die Betriebsgrößen berechnet und
zusätzlich
eine Tiefpassfilterung der Signale durchführt. Das Auswertemodul und
die Steuerungseinrichtung können über eine
serielle Busverbindung, beispielsweise einen CAN-Bus, verbunden
sein. Damit muss nicht für
jeden Sensor eine separate elektrische Verbindung zur Steuerungseinrichtung
hergestellt werden. Es ist ausreichend nur eine Verbindung zwischen
dem Auswertemodul und der Steuerungseinrichtung herzustellen. Dies
ist sehr kostengünstig und
wenig fehleranfällig.
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In
Ausgestaltung der Erfindung wird das Sensormodul von der Steuerungseinrichtung über Versorgungsleitungen
mit einer Versorgungsspannung versorgt. Die Versorgungsleitungen
können
insbesondere parallel zu den notwendigen Signalleitungen verlaufen.
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In
Ausgestaltung der Erfindung sind Versorgungsleitungen und/oder Signalleitungen
zwischen dem Sensormodul und der Steuerungseinrichtung in einem
Teilabschnitt an der Fluidleitung zwischen Schaltmodul und Kolben-Zylindereinheit
der Nebengruppe entlang geführt.
Insbesondere sind die Fluidleitung, die Versorgungsleitungen und/oder
Datenleitungen in dem genannten Teilabschnitt gemeinsam in einen
Kunststoffmantel eingebettet.
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Die
Leitungen können
beispielsweise mit einem thermoplastischen Kunststoff umspritzt
werden. Die Verbindungsleitung ist damit als ein starres Gebilde ausgeführt, das
aber dennoch eine gewisse Flexibilität aufweist. Die Kontur der
Verbindungsleitung kann so festgelegt werden, dass sie genau an
den vorhandenen Bauraum, beispielsweise innerhalb des Gehäuses des
Getriebes angepasst ist. Damit ist auch der Verlauf der Versorgungsleitungen
und der Datenleitungen festgelegt, die für sich alleine keine feste
Kontur aufweisen. Dies ist notwendig, um Beschädigungen der elektrischen Leitungen
im Betrieb des Antriebsaggregats zu verhindern. Ansonsten müssten die
elektrischen Leitungen während
der Montage des Getriebes an anderen Stellen des Getriebes fixiert
werden.
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Die
elektrischen Leitungen werden vom Kunststoffmantel, in den sie eingebettet
sind, zusätzlich
geschützt.
Dies gilt sowohl bei der Montage, als auch im Betrieb des Getriebes.
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Weitere
Vorteile der Erfindung gehen aus der Beschreibung und der Zeichnung
hervor. Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und
in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines automatisierten Getriebes,
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2 einen
Querschnitt durch eine Verbindungsleitung mit Fluidleitungen und
elektrischen Leitungen,
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3 eine
Schalteinrichtung des automatisierten Getriebes,
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4 ein
in einem Gehäuseteil
des Getriebes angeordnetes Sensormodul,
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5 eine
Modulgrundplatte eines Schaltmoduls der Schalteinrichtung,
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6 ein
Druckluftanschluss der Modulgrundplatte,
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7 ein
Moduldeckel des Schaltmoduls,
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8 ein
symmetrischer Dreistellungszylinder,
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9 einen
Ausschnitt der Schalteinrichtung mit einem elektromagnetisch betätigbaren
Ventil und
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10 eine Verriegelung von Schaltstangen.
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Gemäß 1 weist
ein automatisiertes Getriebe 20, welches als Zahnräderwechselgetriebe
in Vorgelegebauweise ausgeführt
ist, eine Getriebeeingangswelle 21 auf, welche mittels
einer automatisierten Anfahrkupplung 76 mit einem nicht
dargestellten Motor verbunden ist. Das Getriebe 20 weist
eine Splitgruppe 77, ein Hauptgetriebe 22 und
ein nachgeschaltetes Gruppengetriebe 23 in Form einer Rangegruppe
auf. Nicht in 1 dargestellte Schaltelemente
des Hauptgetriebes 22 und der Splitgruppe 77 werden
von nicht dargestellten Kolben-Zylindereinheiten,
welche in einem Schaltmodul 24 zusammengefasst sind, betätigt. Das
Schaltmodul 24 ist zwischen Anfahrkupplung 76 und
Splitgruppe 77 angeordnet. Ein nicht dargestelltes Schaltelement
des Gruppengetriebes 23 wird von einer Kolben-Zylindereinheit 78,
welche innerhalb des Gruppengetriebes 23 angeordnet ist,
betätigt.
Zwischen dem Hauptgetriebe 22 und dem Gruppengetriebe 23 ist
ein Sensormodul 25 angeordnet. Das Sensormodul 25 weist nicht
dargestellte Sensoren auf, mittels welchen Drehzahlen des Getriebes 20 und
Positionen der Schaltelemente erfasst werden können. Weiterhin verfügt das Sensormodul 25 über ein
in der 1 nicht dargestelltes Auswertemodul 113 (siehe 4),
welches die erfassten Sensorsignale vorverarbeitet und an eine Steuerungseinrichtung 46 des Getriebes 20 sendet.
Die Steuerungseinrichtung 46 ist ebenso wie alle Ventile
zur Ansteuerung der Kolben-Zylindereinheiten mit Druckluft am Schaltmodul 24 angeordnet.
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Das
Schaltmodul 24 ist über
eine Verbindungsleitung 10 mit dem Sensormodul 25 und
dem Gruppengetriebe 23 verbunden. Die verschiedenen Elemente
des Getriebes 20 sind in drei Gehäuseteilen angeordnet, welche
zusammen ein Gehäuse
des Getriebes 20 bilden. Die Anfahrkupplung 76 und
das Schaltmodul 24 sind in einem vorderen Gehäuseteil 79 angeordnet,
welches mit dem Motor verbunden ist. An das vordere Gehäuseteil 79 schließt sich
ein mittleres Gehäuseteil 80 an,
in welchem die Splitgruppe 77, das Hauptgetriebe 22 und
das Sensormodul 25 angeordnet sind. Das Gehäuse des
Getriebes 20 wird durch ein hinteres Gehäuseteil 81 abgeschlossen,
welches das nachgeschaltete Gruppengetriebe 23 beinhaltet.
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Gemäß 2 weist
die Verbindungsleitung 10 zwei Fluidleitungen 11 auf,
welche aus gebogenen Metallrohren bestehen. Die Fluidleitungen 11 sind parallel
zueinander angeordnet. Mittels der Fluidleitungen 11 sind
dem Gruppengetriebe 23 zugeordnete Ventile, welche ebenfalls
im Schaltmodul 24 angeordnet sind, mit der Kolben-Zylindereinheit 78 in
der Nachschaltgruppe 23 verbunden.
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Die
Verbindungsleitung 10 enthält außerdem Versorgungsleitungen 12 zur
Spannungsversorgung des Sensormoduls 25, sowie Signalleitungen 13 zur Übertragung
der Signalen vom Auswertemodul 113 des Sensormoduls 25 zur
Steuerungseinrichtung 46. Die Versorgungsleitungen 12 und
die Signalleitungen 13 verlaufen parallel zu und zwischen
den beiden Fluidleitungen 11. Die elektrischen Leitungen
(Versorgungsleitungen 12 und Signalleitungen 13)
sind gemeinsam mit den Fluidleitungen 11 in einen Kunststoffmantel 14 eingebettet.
Der Kunststoffmantel 14 umgibt die Fluidleitungen 11,
die Versorgungsleitungen 12 und die Signalleitungen 13 vollständig.
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Es
wäre auch
denkbar, dass Teile der Querschnitte der Fluidleitungen 11,
der Versorgungsleitungen 12 und der Signalleitungen 13 aus
dem Kunststoffmantel 14 herausragen.
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Gemäß 3 sind
Schaltelemente des automatisierten Getriebes 20 in Form
von Schaltgabeln 34, 65, 68 und 70 mit
Schaltstangen 35, 66, 67 und 69 verbunden.
Bei einer Bewegung der Schaltstangen 35, 66, 67 und 69 werden
auch die Schaltgabeln 34, 65, 68 und 70 bewegt.
Mittels der Schaltgabel 65 kann die Splitgruppe 77,
mit den Schaltgabeln 34 und 68 Vorwärtsgänge des
Hauptgetriebes 22 und mit der Schaltgabel 70 ein
Rückwärtsgang
des Hauptgetriebes 22 geschaltet werden.
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Die
Schaltstangen 35, 66, 67 und 69 sind
mit Kolben von in der 3 nicht dargestellten Kolben-Zylindereinheiten
verbunden, so dass eine Bewegung der Kolben auf die Schaltstangen 35, 66, 67 und 69 und
damit auf die Schaltgabeln 34, 65, 68 und 70 übertragen
wird. Die Kolben-Zylindereinheiten sind
in einem Schaltmodul 24 angeordnet, welches eine Modulgrundplatte 71 und
einen Moduldeckel 72 aufweist.
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Am
Schaltmodul 24 ist die elektronische Steuerungseinrichtung 46 angeordnet,
welche über einen
Getriebestecker 47 mit Spannung versorgt und mit anderen
Steuerungseinrichtungen des Kraftfahrzeugs verbunden werden kann.
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Die
Schaltstangen 35, 66, 67 und 69 weisen an
ihren dem Schaltmodul abgewandten Ende Sensorstifte 99, 100, 98 und 97 auf.
Die Sensorstifte 99, 100, 98 und 97 sind
als dünne
Stifte ausgeführt,
welche koaxial zu den Schaltstangen 35, 66, 67 und 69 verlaufen.
Die Sensorstifte 99, 100, 98 und 97 tauchen
in so genannte Sensorspulen 103 - 107 ein, welche
am Sensormodul 25 angeordnet sind. Damit ist es möglich, die
Position der Schaltstangen 35, 66, 67 und 69 zu
messen.
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Gemäß 4 ist
das Sensormodul 25 an einer Rückwand 101 des mittleren
Gehäuseteils 80 angeordnet.
An die Rückwand 101 schließt die Nebengruppe 23 an.
Das Sensormodul 25 besteht aus einer Platine 102 auf
welcher 5 Sensorspulen 103 - 107 angeordnet sind.
Die Sensorspulen 103 - 107 sind so angeordnet,
dass die Sensorstifte 99, 100, 98 und 97 der
Schaltstangen 35, 66, 67 und 69 in
die Sensorspulen 103 - 107 eintauchen können. Mittels
der Sensorspulen 103 - 107 kann gemessen werden,
wie weit die Sensorstifte 99, 100, 98 und 97 eintauchen. Damit
kann die Position der Schaltstangen 35, 66, 67 und 69 gemessen
werden. Das Sensormodul 25 weist außerdem zwei induktive Drehzahlsensoren 108 und 109 auf,
mittels welchen die Drehzahl von Sensorzahnrädern 110 und 111 gemessen
werden können.
Das Sensorzahnrad 110 ist mit einer nicht dargestellten
Hauptwelle und das Sensorrad 111 mit der nicht dargestellten
Vorgelegewelle verdrehfest verbunden. Mit den Drehzahlsensoren 108 und 109 können damit
die Drehzahlen der Hauptwelle und der Vorgelegewelle gemessen werden.
Außerdem
verfügt
das Sensormodul 25 über
einen Temperatursensor 112, mittels welchem die Temperatur
des Getriebeöls
gemessen werden kann.
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Alle
Sensoren sind über
nicht dargestellte elektrische Verbindungen auf der Platine 102 mit
einem Auswertemodul 113 verbunden. Das Auswertemodul 113 bestimmt
aus den Sensorsignalen die einzelnen Betriebsgrößen. Über einen Stecker 114 ist das
Sensormodul 25 und damit auch das Auswertemodul 113 mit
der Steuerungseinrichtung 46 verbunden.
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Gemäß 5 bildet
der Modulgrundkörper 71 des
Schaltmoduls 24 einen Teil der Zylinder der Kolben-Zylindereinheiten 37, 73, 74 und 75,
welche zur Betätigung
der Schaltstangen 35, 66, 67 und 69 vorgesehen
sind. Der Modulgrundkörper 71 bildet außerdem ein
Gehäuse 82 einer
Vorgelegewellenbremse und einen Teil eines Trägerkörpers 83 eines zentralen
Kupplungsausrückers.
Der Trägerkörper 83 weist
dabei im wesentlichen die Form eines Hohlzylinders auf. Die Vorgelegewellenbremse
und der Kupplungsausrücker
werden ebenfalls mittels Druckluft betätigt.
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Der
Modulgrundkörper 71 weist
hauptsächlich
zylinderförmige
Ausnehmungen 29 auf, welche elektromagnetisch betätigbare
Ventile teilweise aufnehmen können.
Mittels der Ventile kann den Kolben-Zylindereinheiten, dem Kupplungsausrücker und der
Vorgelegewellenbremse Druckluft zugeführt oder Druck abgebaut werden.
Dazu sind im Modulgrundkörper 71 Kanäle 84 enthalten,
welche die Kolben-Zylindereinheiten, die Vorgelegewellenbremse und
den Kupplungsausrücker
mit den ihnen zugeordneten Ventilen verbinden.
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Die
Ventile zur Ansteuerung der Kolben-Zylindereinheit 78 werden
mittels der Fluidleitungen der Verbindungsleitung 10 mit
der Kolben-Zylindereinheit 78 verbunden. Dazu weist der
Modulgrundkörper 71 Anschlüsse 85 auf.
Die Anschlüsse 85 sind
gemäß 6 als
kurze Hohlzylinder ausgeführt,
welche mit den zugehörigen
Ausnehmungen 49 verbunden sind.
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Gemäß 7 bildet
der Moduldeckel 72 des Schaltmoduls 24 ebenfalls
einen Teil der Zylinder der Kolben-Zylindereinheiten 37, 73, 74 und 75.
Außerdem
weist der Moduldeckel 72 weitere hauptsächlich zylinderförmige Ausnehmungen 29 auf,
welche Ventile teilweise aufnehmen können. Zur Verteilung der Druckluft
verfügt
der Moduldeckel ebenfalls über
Kanäle 84.
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Der
Modulgrundkörper 71 und
der Moduldeckel 72 sind als Aluminium Gussteile ausgeführt.
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Der
Moduldeckel 72 und der Modulgrundkörper 71 sind so am
vorderen Gehäuseteil 79 in
Richtung Splitgruppe 77 verschraubt, dass sie gemeinsam
die Zylinder der Kolben-Zylindereinheiten 37, 73, 74 und 75 bilden.
In 8 ist beispielhaft die Kolben-Zylindereinheit 37 schematisch
dargestellt. Innerhalb des Zylinders sind zwei Hohlkolben 86 und 87 angeordnet.
Die Hohlkolben 86 und 87 weisen jeweils zwei unterschiedliche
Durchmesser D1, D2 auf, wobei sie so innerhalb des Zylinders angeordnet sind,
dass jeweils der kleinere Durchmesser D2 nach axial nach innen gerichtet
ist. Der Zylinder weist zu den Durchmessern D1, D2 der Hohlkolben 86 und 87 korrespondierende
Durchmesser auf, so dass sich für
den rechten Hohlzylinder 87 ein Anschlag 90 axial nach
links und für
den linken Hohlzylinder 86 ein Anschlag 89 axial
nach rechts ergibt. Innerhalb der Hohlkolben 86 und 87 ist
verschieblich ein innerer Kolben 88 angeordnet, der mit
einer Kolbenstange 91 fest verbunden ist. Die Kolbenstange 91 ist
wiederum mit der Schaltstange 35 verbunden, so dass sich
bei einer Verschiebung des Kolbens 88 innerhalb des Zylinders
auch die Schaltstange 35 verschiebt.
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Der
Kolben 88 weist einen Bund 92 auf, der einen dem
kleineren Durchmesser D2 der Hohlkolben 86 und 87 entsprechenden
Durchmesser aufweist. Der Kolben 88 ist so angeordnet,
dass der Bund 92 zwischen den Hohlkolben 86 und 87 liegt.
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Der
Moduldeckel 72, der Kolben 88 und der Hohlkolben 87 bilden
einen rechten Druckraum 93 und der Modulkörper 71,
das vordere Gehäuseteil 79, der
Kolben 88 und der Hohlkolben 86 einen linken Druckraum 94.
Die Druckräume 93 und 94 sind
mit in der 6 nicht dargestellten Kanälen 84 mit
ihnen zugeordneten Ventilen verbunden. Damit können die Druckräume 93 und 94 mit
Druck beaufschlagt, also belüftet
oder drucklos gemacht, also entlüftet
werden.
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Wird
in der dargestellten Mittelstellung des Kolbens 88 der
rechte Druckraum 93 belüftet
und der linke Druckraum 94 entlüftet, so wird der Kolben 88 und
der Hohlkolben 86 so weit nach links verschoben, bis der
Kolben 88 am vorderen Gehäuseteil 79 anstößt. Der
Hohlkolben 87 bleibt in der dargestellten Position. Die
dabei auf die Kolbenstange 91 wirkende Kraft ergibt sich
aus dem Druck im Druckraum 93 und der Kolbenfläche 95 des
Kolbens 88.
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Soll
nun der Kolben 88 wieder nach rechts bewegt werden, so
wird der linke Druckraum 94 belüftet und der Druckraum 93 entlüftet. Der
Kolben 88 und der Hohlkolben 86 bewegen sich damit
nach rechts. Der Hohlkolben 86 bewegt sich so weit nach rechts,
bis er am Anschlag 89 des Zylinders anstößt. Der
Kolben 88 bewegt sich weiter, bis die Kolbenfläche 95 am
Moduldeckel 72 anstößt.
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Die
dabei auf die Kolbenstange 91 wirkende Kraft ergibt sich
für den
ersten Teil der Bewegung, bei dem auch der Hohlkolben 86 bewegt
wird, aus dem Druck im Druckraum 94 und der Summe aus der
Kolbenfläche 95 des
Kolbens 88 und der Kolbenfläche 96 des Hohlkolbens 86.
Die Kraft ist damit größer als die
Kraft beim Ausschieben des Kolbens 88 und stehendem Hohlkolben 87.
Sobald der Hohlkolben 86 steht, entspricht die Bewegung
des Kolbens 88 der beschriebenen Bewegung des Kolbens nach
links. Die Kraft sinkt also ebenfalls ab.
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Soll
die dargestellte Mittelstellung des Kolbens eingestellt werden,
so muss die Bewegung des Kolbens 88 nach rechts durch rechtzeitige
Belüftung der
Druckkammer 93 abgebremst werden. Die Mittelstellung wird
gehalten, wenn beide Druckräume 93 und 94 belüftet sind.
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Da
die Kolben-Zylindereinheit 37 drei stabile Stellungen aufweist
und die aufgebrachte Kraft in beide Betätigungsrichtungen gleich groß ist, wird
eine derartige Kolben-Zylindereinheit als symmetrischer Dreistellungszylinder
bezeichnet. Es ist aber auch möglich,
einen asymmetrischen Dreistellungszylinder zu verwenden, bei dem
die in die beiden Betätigungsrichtungen
wirkenden Kräfte
unterschiedlich hoch sind.
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In 9 ist
beispielhaft für
die Anordnung aller Ventile die Anordnung eines Ventils 42 im
Schaltmodul 24 und der Steuerungseinrichtung 46 dargestellt.
Gemäß 9 weist
das Schaltmodul 24 eine hauptsächlich zylindrische Ausnehmung 49 auf,
welche einen Teil des Ventils 42 aufnimmt. Das Schaltmodul 24 weist
einen Nullabfluss 50 zur Umgebung auf, der fluchtend zu
einer Druckleitung 40, welche als Verbraucheranschluss
des Ventils 42 dient, angeordnet ist. Die Druckleitung 40 ist über einen
Kanal 84 mit einem Druckraum einer Kolben-Zylindereinheit
verbunden. Die Druckleitung 40 und der Nullabfluss 50 sind
durch die Ausnehmung 49 getrennt. Außerdem weist das Schaltmodul 24 eine
parallel zur Druckleitung 40 angeordnete Versorgungsleitung 51 auf,
welche mit einem Druckluftanschluss verbunden ist. Über den
Druckluftanschluss wird die Schalteinrichtung mit Druckluft versorgt.
Die Versorgungsleitung 51 mündet ebenfalls in die Ausnehmung 49.
Das Ventil 42 weist einen innerhalb der Ausnehmung 49 verschiebbaren,
zylinderförmigen
Kolben 52 auf. Der dem Kolben 52 entgegen liegende
Teil 53 des Ventils 42 ist in der Steuerungseinrichtung 46 angeordnet. Ein
Abschnitt des Teils 53 des Ventils 42 wird von
einer elektromagnetischen Spule 54, welche auf einer Platine 55 der
Steuerungseinrichtung 46 angeordnet ist, umschlossen. Ein
von der Spule 54 gebildeter Hohlraum 63 stellt
damit eine Ausnehmung der Steuerungseinrichtung 46 dar,
die einen Teil des Ventils 42 aufnimmt. Durch eine entsprechende
elektrische Ansteuerung der Spule 54 kann der Kolben 52 des Ventils 42 in
der Ausnehmung 49 des Schaltmoduls 24 verschoben
werden. Das Ventil 42 ist vollständig innerhalb der Steuerungseinrichtung 46 (nicht
in 9 dargestellt) angeordnet.
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In
der dargestellten komplett eingefahrenen Stellung des Kolbens 52,
wird die Spule 54 nicht mit Strom beaufschlagt. Die dargestellte
Position stellt damit eine Ruheposition des Ventils 42 dar.
In dieser Ruheposition ist die Druckleitung 40 mit dem
Nullabfluss 50 über
die Ausnehmung 49 verbunden. Der Druckraum 38 der
Kolben-Zylinder-Einheit 37 ist damit drucklos. Durch entsprechende
Ansteuerung der Spule 54 kann der Kolben 52 so
weit in Richtung Druckleitung 40 verschoben werden, dass
die Druckleitung 40 vom Kolben 52 abgeschlossen
wird. In dieser Stellung wird ein momentan herrschender Druck in
der Druckleitung 40 beibehalten. Wird der Kolben 52 durch
entsprechende Ansteuerung noch weiter verschoben, so wird die Versorgungsleitung 51 über eine
Ausnehmung 57 des Kolbens 52 mit der Druckleitung 40 verbunden.
In dieser Stellung wird dem Druckraum der Kolben-Zylindereinheit
Druckluft zugeführt,
der Druckraum wird also belüftet.
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Die
Schalteinrichtung weist insgesamt 15 Ventile auf, wobei 10 Ventile
in der Modulgrundplatte 71 und 5 Ventile im Moduldeckel 72 angeordnet
sind. Jeder der 5 Kolben-Zylindereinheiten 37, 73, 74, 75, 78 zur
Betätigung
der Schaltstangen 35, 66, 67 und 69 und
des Gruppengetriebes 23 weist zwei Druckräume auf,
denen jeweils ein Ventil zugeordnet ist. Zur Betätigung des Kupplungsausrückers sind
4 und für
die Vorgelegewellenbremse ein Ventil notwendig.
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Im
Betrieb des Getriebes 20 dürfen nie gleichzeitig zwei
Gänge des
Hauptgetriebes 22 eingelegt sein. Damit darf sich maximal
eine Schaltstange des Hauptgetriebes 22 außerhalb
einer Neutralstellung befinden. Dies wird mit einer Verriegelung der
Schaltstangen gewährleistet.
Die Verriegelung ist in den 10a, 10b und 10c schematisch dargestellt.
Drei Schaltstangen 115, 116 und 117 sind parallel
zueinander angeordnet. Die äußeren Schaltstangen 115 und 117 weisen
jeweils eine Ausnehmung 121, 122 auf. Die mittlere
Schaltstange 116 weist zwei diametral zueinander angeordnete
Ausnehmungen 123 und 124 auf. In einem Gehäuse 125 sind
zwei Sperrbolzen 118 und 119 verschieblich in einer
Reihe gelagert. Zwischen den Sperrbolzen 118 und 119 ist
ein Zwischenbolzen 120 angeordnet, der durch die Schaltstange 116 hindurchgeführt ist
und ebenfalls verschoben werden kann.
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In
der in 10b dargestellten Stellung,
in der sich alle Schaltstangen 115, 116 und 117 in
der Neutralstellung befinden, sind die Ausnehmungen 121, 122, 123, 124,
die Sperrbolzen 118, 119 und der Zwischenbolzen 120 so
angeordnet, dass sich die Sperrbolzen 118 und 119 und
der Zwischenbolzen 120 einzeln oder gemeinsam in Richtung
beider äußerer Schaltstangen 115 und 117 verschieben
lassen. Aus dieser Stellung heraus kann jede der Schaltstangen 115, 116 und 117 verschoben
werden.
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In
der in der 10a dargestellten Stellung ist
die äußere Schaltstange 115 aus
der Neutralstellung heraus verschoben. Damit befindet sich der Sperrbolzen 118 nicht
mehr in der Ausnehmung 121 der Schaltstange 115.
Als Folge davon wird der Sperrbolzen 118 in die Ausnehmung 123 der
Schaltstange 116 und der Sperrbolzen 119 unter
Zwischenschaltung des Zwischenbolzens 120 in die Ausnehmung 122 der
Schaltstange 117 gedrückt.
Die Schaltstangen 116 und 117 sind damit gegenüber dem
Gehäuse 125 fixiert
und können
nicht mehr verschoben werden.
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In
der in der 10c dargestellten Stellung ist
die mittlere Schaltstange 116 aus der Neutralstellung heraus
verschoben. Damit befinden sich die Sperrbolzen 118 und 119 nicht
mehr in den Ausnehmungen 123 und 124 der Schaltstange 116.
Als Folge davon wird der Sperrbolzen 118 in die Ausnehmung 121 der
Schaltstange 115 und der Sperrbolzen 119 in die
Ausnehmung 122 der Schaltstange 117 gedrückt. Die
Schaltstangen 115 und 117 sind damit gegenüber dem
Gehäuse 125 fixiert
und können
nicht mehr verschoben werden.
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Die
in den 10a, 10b und 10c dargestellte Verriegelung ist in einer Lagerplatte,
in der die Schaltstangen des Getriebes 20 gelagert sind,
integriert.