Växelförfarande

Genom planetväxeln (6) roterar ena elmotorn skiftaxeln så att vald länkarm placeras mot det övre kugghjulet. Den andra elmotorn styr kugghjulet och skjuter iväg länkarmen så att greppad skiftgaffel förflyttas linjärt. Positioner säkras genom en låsring (7). Individuella växelval är möjligt.

5.4.1.3 Övrigt

• Elmotorer utrustas med optisk pulsgivare för återkoppling av hastighet och position till styrenhet, gäller främst den motor som väljer länkarm.

• Sensor för detektering av position av kopplingshylsa kan tillkomma. • Kraftbehov kan ge elmotorerna stora dimensioner.

Vy: Sida & framifrån

2 1 4 5 6 7

5.4.2 KONCEPT 2

Konceptet utgör den vanligaste lösningen för individuell styrning av skiftgaffel (1), där skiftaxeln (2) även utgör hydraulkolven. Till konstruktionen kan det sägas att den är beprövad, robust, snabb och stark.

1

2

Vy: Ovan & framifrån

Figur 17 Abstraktion av Koncept 2

5.4.2.1 Konstruktion

Varje skiftgaffel är direkt monterad på ett hydrauliskt ställdon. Hydraulcylindern bör vara en dubbelverkande cylinder med plus- och minusslag. I hydraulkolven monteras en linjär positionsgivare för att säkerställa position av kopplingshylsan. Fjäderbelastade kulor använda för låsning av position, något som medför att cylindern inte behöver vara konstant trycksatt. Likt I-Shifts växlingsmekanism kan ställdonen vara parallellt monterade i ett paket, detta för att underlätta montering och produktionsaspekter.

Läge 1 Läge 2 Läge 3

Rörelseriktning underlag

Figur 18 Principskiss fjäderbelastade kulor

5.4.2.2 Växelförfarande

Med en signal från styrenheten öppnas en magnetventil till den hydraulcylinder som tillhör vald växel. Hydraulkolven pressar således skiftgaffeln axiellt och kopplingshylsan tvingas i ingrepp och ansätter växel. Elektroniskt styrda magnetventiler utgör reglage och medger såväl individuellt växelval som säkring av positioner.

5.4.2.3 Övrigt

• Detektering av position för kopplingshylsor kan skötas genom mjukvara som styr magnetventiler.

• Beroende på utformningen av hydraulcylinder kan olika funktioner uppnås, till exempel antalet lägen, och variabel kraft.

• Konceptet möjliggör användning av elektriskt driven hydraulpump. 5.4.3 KONCEPT 3

Denna lösning har sitt ursprung hos LuKs Active Interlock-mekanism som finns beskriven i kapitel 4.3.3.3. Då det finns kopplingar till andra kända patenterade lösningar finns frågetecken om patentintrång uppstå. Konceptet bygger på en kamaxel (1) kopplad till en elektrisk motor (2) som när den roterar tvingar en kopplingshylsa i ingrepp via en länkarmsförsedd (3) skiftgaffel (4). Lösningen ger möjlighet till individuella växelval såvida två enheter används, en för udda respektive jämna växlar.

4

5

1

Vy: Ovan & framifrån

2

3

Figur 19 Abstraktion av Koncept 3

5.4.3.1 Konstruktion

Länkarmar är sammanfogade med skiftgafflar vilka är monterade på en fast inspänd axel (5). Länkarmarna är kopplade till en kamaxel som tvingas följa kammen.

5.4.3.2 Växelförfarande

En elektrisk motor roterar kamaxeln vilken i sin tur stöter i länkarmarna och ger en linjär förflyttning av skiftgafflarna. Används endast en kamaxel för samtliga växlar blir växelvalet sekventiellt där position automatiskt säkras genom att elmotor ej roterar.

5.4.3.3 Övrigt

• Elmotorerna bör utrustas med optisk pulsgivare för återkoppling av hastighet och position till styrenhet.

• När växelvalet blir sekventiellt går det ej att hoppa över växlar med följden att tiden per växling riskerar att bli längre.

5.4.4 KONCEPT 4

En traditionell typ av mekanisk styranordning är kammekanismen. Den kan utformas så att den ger precis den acceleration, hastighet och position till en slid som krävs i en viss tillämpning. Dess stora fördel är att den kan utformas så att den klarar mycket höga hastigheter och dynamiska belastningar. Detta koncept använder sig av just en sådan lösning.

Vy: Sida & framifrån

Figur 20 Abstraktion av Koncept 4

5.4.4.1 Konstruktion

Skiftgafflar (1) är monterade på en fast inspänd axel (2). På sidan av varje skiftgaffeln finns ett snedställt följspår i vilket det hydrauliska ställdonets (3) kraft verkar. Vinkeln på följspåret kan varieras för att uppnå maximal styrning av skiftgaffelns axiella rörelse. Fjädrar (4) används för att hjälpa till vid skiftgaffelns tillbakagång, huvuduppgiften är att hålla den kvar i neutral position.

5.4.4.2 Växelförfarande

Styrsignalen aktiverar den hydraulcylinder som trycker ned kolven. Samtidigt som kolven pressas nedåt tvingas skiftgaffel, tack vare det snedställda följspåret, att glida axielt och fjädern pressas ihop. När ny växel skall engageras pressas hydraulkolven uppåt, skiftgaffeln tvingas åter av kolvrörelsen som assisterade av fjädern till neutral position, samtidigt ansätts en annan gaffel en kopplingshylsa i ingrepp. Elektroniskt styrda magnetventiler utgör reglage för hydrauliken

5.4.4.3 Övrigt

• Detektering av position för kopplingshylsor kan skötas genom mjukvara som styr magnetventiler.

5.4.5 KONCEPT 5

Med en blandning av hävarmar och hydraulcylindrar (1) skall ingreppet av kopplingshylsor säkerställas i detta koncept. Individuella växlingar möjliggörs genom separat styrning av ställdonen.

1 2

3 4

Figur 21 Abstraktion av Koncept 5

5.4.5.1 Konstruktion

Skiftgafflar (2) är fritt monterade på en fast axel (3). En hävarm fungerar som skiftfinger och trycker ovanifrån mot en kant på respektive skiftgaffel. För återgång och låsning av skiftgafflarna i neutral position används fjädrar (4). Hydraulik används för förflyttning.

5.4.5.2 Växelförfarande

Styrsignalen aktiverar den hydrauliskacylindern trycker skiftfingret mot fasningen på den skiftgaffel som motsvarar vald växel. Gaffeln förflyttas linjärt i axelns riktning och fjäder pressas ihop. Magnetventilen stänger hydraulcylindern som förblir trycksatt. När ny växel ansätts släpps trycket från skiftfingret (hydrauliken regleras om) och fjädern pressar tillbaka gaffel till neutral position samtidigt som ett annat skiftfinger ansätter annan skiftgaffel. Elektroniskt styrda magnetventiler utgör reglage och medger såväl individuellt växelval som säkring av positioner.

5.4.5.3 Övrigt

• Detektering av position för kopplingshylsor kan skötas genom mjukvara som styr magnetventiler.

5.4.6 KONCEPT 6

Med detta koncept eftersträvas en mycket kompakt utformning där ställdonet i så stor utsträckning som möjligt ska kunna inrymmas i skiftaxeln (1). Ett ställdon avses för varje skiftgaffel, vilket innebär att ett individuellt växelval är fullt möjligt.

Figur 22 Abstraktion av Koncept 6

5.4.6.1 Konstruktion

Skiftaxeln är fix och solid samt har ett spår som möjliggör inplacering av ställdon. Skiftgafflar (2) är monterade på axeln och kan vara flera per axel.

Vy: Sida & framifrån Vy: Sida & framifrån

4 3 2 3 1 2

5.4.6.2 Växelförfarande

Elmotor (3) förflyttar vald skiftgaffel linjärt via kulskruv.Varje elmotor kan styras individuellt vilket möjliggör såväl individuellt växelval som säkring av position.

5.4.6.3 Övrigt

• Elmotorerna bör utrustas med optisk pulsgivare för återkoppling av hastighet och position till styrenhet.

• Kraftbehov kan ge elmotorerna stora dimensioner.

• Om elmotorerna dimensioneras upp kan konstruktionen behöva ändras.

5.4.7 KONCEPT 7

För att utföra växelval utnyttjas ett mekaniskt länkage via kugghjul och kulskruv som överför kraft från ställdon till skiftgafflar (1). Likt övriga koncept medges individuellt växelval, i detta fall helt genom roterande rörelser.

5

Figur 23 Abstraktion av Koncept 7

5.4.7.1 Konstruktion

Skiftgafflar är monterade på en fix solid axel (2) och flyttas linjärt. Gafflarna har ett spår på ovansida som tillåter ingrepp från ställdon. Ett skiftfinger (3) styrs via elmotor (4) med kulskruv samt vippbar U-profil (5).

5.4.7.2 Växelförfarande

En elektrisk motor med kulskruv positionerar skiftfingret till vald skiftgaffel, U- profilen vippar fingret (genom kugghjul och elmotor (6)) så att det når ingrepp i skiftgaffel. Elmotorn med kulskruv utför förflyttning av vald skiftgaffel. Individuellt växelval är möjligt.

5.4.7.3 Övrigt

• Elmotorerna har/utrustas med optisk pulsgivare för återkoppling av hastighet och position till styrenhet.

• Sensorer för detektering av position för kopplingshylsor kan tillkomma. • Kraftbehov kan ge elmotorerna stora dimensioner.

• Spärrkroppar för säkring av position kan tillkomma.

Vy: Sida & framifrån

1 2

3

6

5.4.8 KONCEPT 8

Detta koncept tar en blick bakåt och hämtar sitt ursprung i den traditionella manuella växellådan med dess växelväljare som förs i ett H-mönster för val av växel. En elektrisk motor (1) sköter positioneringen av skiftfingret (2) med hjälp av en kulskruv och en andra motor (3) utför i- och urkoppling av kopplingshylsorna med hjälp av en hävarm, för att förstärka kraften. Konceptet är tänkt att monteras till ett paket för att placeras i växellådan från dess ovansida. Antalet länkarmar (4) i paketet kan varieras för att passa given applikation.

2

3

7

1

Vy: Sida & framifrån

4

6

Figur 24 Abstraktion av Koncept 8

5

5.4.8.1 Konstruktion

Skiftgafflar (5) är monterade på en fixerad solid axel (6) och tillåts glida axiellt vid aktuering. Den enskilda skiftgaffelns angreppspunkt utgörs av en försänkning på gaffelns ovansida, däri vilar länkarmen. Länkarmarna ligger inuti en separat enhet (7) som greppar skiftgafflar ovanifrån. I varje länkarms ena ände finns ett gap där ställdonet kan påverka länkarmen. Ett skiftfinger möjliggör förflyttningen av kopplingshylsan. Två elektriska motorer används, den ena för positionering den andra för kraftansättning.

5.4.8.2 Växelförfarande

Via en signal från styrenheten aktiveras den positionerande motorn som i sidled ändrar läget på skiftfingret till vald länkarm. Den övre motorn ger, när positionen säkerställts, erforderlig axiell kraft via en hävarm som trycker iväg vald länkarm med tillhörande skiftgaffel och kopplingshylsan sätts i ingrepp.

5.4.8.3 Övrigt

• Elmotorerna bör utrustas med optisk pulsgivare för återkoppling av hastighet och position till styrenhet.

• Kraftbehov kan ge elmotorerna stora dimensioner. • Spärrkroppar för säkring av position kan tillkomma. • Konceptet erbjuder en modulär utformning.

5.4.9 KONCEPT 9 .9 KONCEPT 9

För att utnyttja kamtrummans fulla potential kan den delas upp i två delar, en för udda växlar (1) och en jämna (2). På detta sätt kan power-shift funktionalitet uppnås, samtidigt ges transmissionen möjlighet att ansätta just den växel som är optimal för rådande omständigheter utan att stega igenom växlar och förlora tid. För att utnyttja kamtrummans fulla potential kan den delas upp i två delar, en för udda växlar (1) och en jämna (2). På detta sätt kan power-shift funktionalitet uppnås, samtidigt ges transmissionen möjlighet att ansätta just den växel som är optimal för rådande omständigheter utan att stega igenom växlar och förlora tid.

1

4

Vy: Ovan & framifrån

Figur 25 Abstraktion av Koncept 9

5.4.9.1 Konstruktion

Skiftgafflar (3) är monterade på en fix solid axel (4) och förflyttas linjärt. Länkarmar (5) är sammanfogade med skiftgafflarna och styrs av två trummor. Trummorna har noggrant avvägda spår dit länkarmarna är kopplade, rotation av respektive trumma ändrar position av länkarmar samt skiftgafflar.

5.4.9.2 Växelförfarande

Elmotorer (6,7) styr trummornas rotation. För att genomföra växelval roteras en trumma ett bestämt antal grader och därigenom kommer en länkarm med skiftgaffel att förflyttas. Med två trummor möjliggörs ett individuellt växelval samtidigt som trummornas spår automatiskt säkrar skiftgafflarnas positioner.

5.4.9.3 Övrigt

• Elmotorerna bör utrustas med optisk pulsgivare för återkoppling av hastighet och position till styrenhet.

• Kraftbehov kan ge elmotorerna stora dimensioner.

5.5 Konceptutvärdering i fyra steg

För att kunna välja ut de bästa koncepten användes en utvärderingsmetod i fyra steg som på ett strukturerat sätt ger möjlighet till bedömning av varje koncept. De första tre stegen handlar om en enskild bedömning av varje koncept, medan det sista steget utgör en matris där alla kvarvarande koncept viktas mot varandra med ett befintligt koncept från företaget som gemensam referens. Se bilaga 6 för konceptutvärdering.