DE102007063694A1 - Getriebeinheit - Google Patents

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Bernhard Feier
Walter Furlan
Martin Kiessner-Haiden
Peter Koncic
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Magna Powertrain AG and Co KG
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug mit einem Getriebegehäuse, einem elektrischen Aktuator zum Betätigen des Getriebes und einer elektrischen Steuereinrichtung zur Ansteuerung des Aktuators. Das Getriebe besitzt eine Wärmesenkeeinrichtung, die mit der Steuereinrichtung wärmeleitend verbunden ist, und eine Wärmeisolierschicht zwischen einem Gehäuse des Aktuators und der Wärmesenkeeinrichtung zur thermischen Isolierung des Aktuatorgehäuses und der Wärmesenkeeinrichtung, wobei das Aktuatorgehäuse wärmeleitend mit dem Getriebegehäuse verbunden oder Teil des Getriebegehäuses ist. Weiterhin betrifft die Erfindung eine entsprechende Aktuatoreinheit für ein Getriebe.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Getriebeeinheit für ein Kraftfahrzeug, mit einem Getriebe mit einem Getriebegehäuse, einem elektrischen Aktuator zum Betätigen des Getriebes, der ein Aktuatorgehäuse umfasst, und einer elektrischen Steuereinrichtung zur Steuerung des Aktuators. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Aktuatoreinheit für eine Getriebeeinheit, wobei die Aktuatoreinheit einen elektrischen Aktuator mit einem Aktuatorgehäuse zur Betätigung eines Getriebes und eine elektrische Steuereinrichtung zur Ansteuerung des Aktuators aufweist.
  • Getriebe für Kraftfahrzeuge umfassen zum Beispiel das Fahrzeughauptgetriebe, das als Automatik- oder Schaltgetriebe ausgestaltet sein kann. Das Hauptgetriebe dient dazu, das Antriebsmoment des Motors mit unterschiedlichen Übersetzungen an die Antriebsräder weiterzuleiten.
  • Verteilergetriebe kommen zum Beispiel bei allradgetriebenen Fahrzeugen zum Einsatz, um das Antriebsmoment mit unterschiedlicher und einstellbarer Verteilung auf unterschiedliche Achsen zu verteilen. Je nach Ausgestaltung des Verteilergetriebes ist es dabei zum Beispiel möglich, dass zusätzlich zu einer permanent angetriebenen Achse (zum Beispiel der Hinterachse) eine weitere Achse (zum Beispiel die Vorderachse) je nach Anforderung zugeschaltet werden kann. Neben Verteilergetrieben, die auf diese Weise das Antriebsmoment in Längsrichtung des Fahrzeugs verteilen, werden Verteilergetriebe eingesetzt, um das Antriebsmoment in Querrichtung (torque-vectoring) zu verteilen.
  • Um in dem Getriebe zum Beispiel unterschiedliche Zahnräder miteinander in Eingriff zu bringen bzw. um Übertragungskupplungen zu schalten, werden Aktuatoren eingesetzt, die innerhalb des Getriebes die entsprechenden Komponenten je nach Anforderung verschieben bzw. in Eingriff bringen.
  • Ein solcher Aktuator kann zum Beispiel ein Elektromotor, umfassend einen Rotor, einen Stator und eine Welle, sein. Die Drehbewegung der Abtriebswelle eines derartigen Aktuators wird in eine Linearbewegung zur Verschiebung eines Elements einer Kupplung umgewandelt. Zur Steuerung des Aktuators wird bei bekannten Lösungen eine elektrische Steuereinrichtung verwendet, die Drehmomentanforderungen in elektrische Steuersignale für den Aktuator umsetzt, um diesen in Betrieb zu setzen bzw. seine Geschwindigkeit zu steuern. Die Steuereinrichtung kann hierfür verschiedene elektronische Bauelemente besitzen.
  • Der Aktuator und das Getriebe können aufgrund ihrer jeweiligen Bewegung Abwärme erzeugen, die für den Betrieb der Steuereinrichtung schädlich sein können. Es ist zwar bekannt, die Steuereinrichtung in einer so genannten Wegbau-Anordnung entfernt von dem Aktuator und dem Getriebe anzuordnen. Eine entfernt angeordnete Steuereinheit birgt jedoch die Gefahr, dass äußere elektromagnetische Störeinflüsse auf die dann notwendigen langen Kabelverbindungen ungünstigen Einfluss haben. Andererseits können die über die langen Kabelverbindungen übertragenen Signale zur Ansteuerung des Elektromotors andere elektronische Komponenten im Fahrzeug störend beeinflussen, insbesondere wenn das zu übertragende Signal ein pulsweitenmoduliertes Signal umfasst.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Getriebeeinheit anzugeben, die einen kompakten Aufbau und eine hohe Zuverlässigkeit auf weist. Diese Aufgabe wird durch eine Getriebeeinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Eine für eine Getriebeeinheit vorteilhaft einsetzbare Aktuatoreinheit ist Gegenstand des Anspruchs 14. Unteransprüche sind auf bevorzugte Ausführungsformen gerichtet.
  • Eine erfindungsgemäße Getriebeeinheit weist eine Wärmesenkeeinrichtung auf, die mit der Steuereinrichtung wärmeleitend verbunden ist. Zwischen dem Aktuatorgehäuse und der Wärmesenkeeinrichtung ist eine Wärmeisolierschicht vorgesehen, die das Aktuatorgehäuse und die Wärmesenkeeinrichtung thermisch voneinander isoliert. Das Aktuatorgehäuse ist andererseits wärmeleitend mit dem Getriebegehäuse verbunden oder als Teil des Getriebegehäuses ausgestaltet.
  • Die Abwärme des Aktuators und des Getriebes selbst, die möglicherweise höhere Temperaturen erzeugen können, als es für die Elektronik der Steuereinrichtung verträglich wäre, wird bei der erfindungsgemäßen Anordnung über das in der Regel metallische Getriebegehäuse abgeführt, das allein aufgrund seiner Größe bereits eine ausreichend große Wärmekapazität aufweist. Die Wärmesenkeeinrichtung, die mit der Steuereinrichtung wärmeleitend verbunden ist, dient andererseits als separate Wärmesenke für die Steuerelektronik, so dass zwei verschiedene Temperaturniveaus realisiert werden können. Durch die Wärmeisolierschicht zwischen dem Aktuatorgehäuse und der Wärmesenkeeinrichtung, die mit der Steuereinrichtung wärmeleitend verbunden ist, ist dabei sichergestellt, dass die Wärmesenkeeinrichtung wirksam von der Abwärme des Aktuators und des Getriebes abgeschirmt wird. Der mögliche Wärmeübertrag ist dabei zum Beispiel auf Verbindungselemente, beispielsweise Befestigungsschrauben, beschränkt, mit denen die Wärmesenkeeinrichtung und das Aktuatorgehäuse gegebenenfalls mechanisch miteinander verbunden werden.
  • Die Wärmesenkeeinrichtung für die Steuereinrichtung kann daher klein und kompakt ausgestaltet sein, da die von der Steuereinrichtung abzuführende Wärme in der Regel geringer ist, als die Abwärme des Aktuators.
  • Die erfindungsgemäße Getriebeeinheit ermöglicht eine direkte Anordnung der Steuereinrichtung an dem Aktuator. Eine Signalübertragung von der Steuereinrichtung an den Aktuator über lange Kabel ist nicht notwendig, wodurch die elektromagnetische Verträglichkeit verbessert wird. Außerdem ist eine kompakte Einheit aus Getriebe, Aktuator und Steuergerät möglich, die als Einheit geliefert und eingebaut werden kann, so dass der Logistikaufwand und die Kosten verringert werden. Fehler, die bei der Verkabelung zum Beispiel aufgrund der größeren Anzahl notwendiger Steckverbindungen auftreten können, werden durch die kompakte Einheit aus Getriebe, Aktuator und Steuereinrichtung vermieden. Das Ergebnis einer eventuellen Klassierung des Getriebes und/oder des Aktuators kann direkt in der Steuereinrichtung gespeichert werden, da anders als bei einer Wegbau-Anordnung die Steuereinrichtung, der Aktuator und das Getriebe eine feste Baueinheit bilden.
  • Zur optimalen Ableitung der Abwärme des Aktuators an das Getriebegehäuse ist das Aktuatorgehäuse vorzugsweise zumindest in dem Bereich aus Metall, in dem es mit dem Getriebegehäuse wärmeleitend verbunden ist. Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass das gesamte Aktuatorgehäuse aus Metall ist. Dadurch wird auf einfache Weise sichergestellt, dass die Wärme erzeugenden Teile des Aktuators, also z. B. der Anker, die erzeugte Wärme wirksam an das Aktuatorgehäuse abgeben können, das sie dann wiederum effektiv an das Getriebegehäuse weiterleiten kann.
  • Auf einfache Weise lässt sich die wärmeleitende Verbindung zwischen Aktuatorgehäuse und Getriebegehäuse erreichen, wenn beide metallisch ausgestaltet sind und direkt miteinander verbunden werden.
  • Die Wärmesenkeeinrichtung, die mit der Steuereinrichtung zu deren Kühlung wärmeleitend verbunden ist, umfasst vorteilhafterweise einen metallischen Kühlkörper, vorzugsweise eine Kühlrippenplatte.
  • Wenn die Steuereinrichtung eine Platine umfasst, an der zum Beispiel elektronische Bauelemente bzw. Speicherelemente angeordnet sind, wird diese vorteilhafterweise direkt mit der Wärmesenkeeinrichtung wärmeleitend verbunden, beispielsweise durch eine metallische mechanische Verbindung und/oder eine Wärmeleitfolie und/oder mittels einer Wärmeleitpaste oder dergleichen. Besonders wärmeintensive Elemente, zum Beispiel Leistungstransistoren, können dabei zum Beispiel unter Verwendung von Wärmeleitpaste besonders berücksichtigt werden.
  • Die Wärmeisolierschicht, die zwischen Aktuatorgehäuse und Wärmesenkeeinrichtung vorgesehen ist, kann aus verschiedenen wärmeisolierenden Materialien bestehen. Eine kostengünstige und einfach herstellbare Ausführungsform sieht vor, dass die Wärmeisolierschicht aus Kunststoff gefertigt ist. So ist es außerdem möglich, dass die Wärmeisolierschicht zum Beispiel im Spritzgießverfahren gefertigt wird, wodurch sie optimal an die Geometrie der umliegenden Bauteile angepasst werden kann und sehr flexibel in der Formgestaltung ist.
  • Eine besonders gute thermische Isolierwirkung wird erzielt, wenn die Wärmeisolierschicht entlang der Verbindungsfläche zwischen dem Aktuatorgehäuse und der Wärmesenkeeinrichtung im Wesentlichen geschlossen ist, wobei die Wärmeisolierschicht lediglich solche Durchbrechungen auf weist, die für die elektrischen Verbindungen der Steuereinrichtung und für die mechanische Befestigung der Wärmesenkeeinrichtung erforderlich sind.
  • Insbesondere kann die Wärmeisolierschicht als Deckel für die Steuereinrichtung ausgestaltet sein, der mit der Wärmesenkeeinrichtung verbunden ist, die zum Beispiel als Kühlrippenplatte ausgestaltet ist, wobei die Steuereinrichtung (beispielsweise eine Platine mit Steuerelementen) von der Wärmesenkeeinrichtung und der als Deckel ausgestalteten Wärmeisolierschicht umschlossen ist. Die Wärmeisolierschicht kann in diesem Fall zugleich einen Deckel für einen offenen Bereich des Aktuatorgehäuses bilden.
  • Bei einer vorteilhaften Weiterentwicklung sind zumindest Teile der elektrischen Steuereinrichtung in der Wärmeisolierschicht integriert. Ist die Wärmeisolierschicht aus Kunststoff gebildet, können diese Teile der Steuereinrichtung zum Beispiel in einem Spritzgießprozess mit umspritzt werden. Auf diese Weise dient die Wärmeisolierschicht zugleich als Trägereinrichtung. Insbesondere, wenn auf diese Weise schwere Bauelemente (zum Beispiel ein Elektrolytkondensator zum Stützen der Betriebsspannung) in die Wärmeisolierschicht integriert werden, erfüllt die Wärmeisolierschicht zusätzlich eine Schwingungsdämpfungsfunktion. Besonders vorteilhaft ist es außerdem, wenn in die Wärmeisolierschicht Steckerstifte oder sonstige elektrische Verbindungselemente integriert sind, die die elektrische Verbindung zum Elektromotor des Aktuators bzw. zu einem Anschlussstecker herstellen.
  • Die Wärmeisolierschicht und das Aktuatorgehäuse können zum Beispiel miteinander verschraubt werden. Vorteilhafterweise ist dabei zwischen der Wärmeisolierschicht und dem Aktuatorgehäuse eine Dichtung vorgesehen, die eine Abdichtung nach außen hin gewährleistet.
  • Die Steuereinrichtung kann über ein oder mehrere Kabel auf herkömmliche Weise elektrisch kontaktiert werden. Eine besonders bevorzugte Weiterbildung sieht vor, dass die Wärmeisolierschicht einen integral angeformten Anschlussstecker zur elektrischen Kontaktierung der Steuereinrichtung aufweist. Die gesamte Einheit aus Aktuator und Steuereinheit kann dann nach dem Einbau mit einem einzigen Stecker kontaktiert werden.
  • Ist das Aktuatorgehäuse in dem Bereich offen, mit dem es in Richtung der Steuereinheit weist, ist es besonders vorteilhaft, wenn die Wärmeisolierschicht in diesem Bereich einen wannenförmigen Abschnitt aufweist. Dieser wannenförmige Abschnitt wirkt wie eine Ölsammelwanne insbesondere in einem Fall, wenn aus dem Getriebeinnenraum geringfügige Schmiermittelmengen entlang der Aktuatorwelle in den Bereich des Aktuators gelangen. Insbesondere wenn die Wärmeisolierschicht in einem Kunststoffspritzprozess gefertigt wird, ist eine solche Ausgestaltung auf einfache Weise realisierbar.
  • Bei einer solchen Ausgestaltung können zudem gegebenenfalls elektrische Leitungszuführungen von der Steuereinheit zu dem Aktuator durch einen Bereich der Wärmeisolierschicht geführt werden, der sich nicht in dem wannenförmigen Abschnitt befindet. Auf diese Weise wird zusätzlich wirksam verhindert, dass sich Öl z. B. aus dem Getriebe entlang der Leitungszuführungen bis zu der Steuereinrichtung ausbreitet.
  • Insbesondere wenn der Aktuator als Elektromotor ausgestaltet ist, ist ihm in der Regel ein Winkelpositionssensor zugeordnet, um die Aktuatorbewe gung kontrollieren und/oder regeln zu können. Wenn der Gleichstrommotor z. B. ein bürstenloser Motor (BLDC-Motor) ist, kann der Winkelpositionssensor außerdem zur Kommutierung des Motors eingesetzt werden.
  • Als Winkelpositionssensor umfasst der Rotor des Elektromotors z. B. mehrere Sensorpermanentmagnete an einem mitrotierenden Sensorpolrad, deren Positionen über einen oder mehrere Magnetsensoren detektiert werden können. Als Magnetsensoren können z. B. Hall-Sensoren eingesetzt werden. Bei einer anderen Ausgestaltung ist ein einzelner Sensorchip (rotary position sensor) mit darauf integrierten Hall-Sensoren vorgesehen.
  • Die Hall-Sensoren bzw. der Sensorchip können/kann in der Steuereinrichtung angeordnet sein, zum Beispiel auf einer entsprechenden Platine. Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Getriebeeinheit ist dabei vorgesehen, dass sich die Hall-Sensoren bzw. der Sensorchip in der Steuereinrichtung oder einer dazugehörigen Platine an einem Ort befinden/befindet, an dem zwischen den Hall-Sensoren bzw. dem Sensorchip und den Sensorpermanentmagneten ein geschlossener Abschnitt der Wärmeisolierschicht liegt. Eine solche Ausgestaltung stellt sicher, dass die Hall-Sensoren bzw. der Sensorchip nicht mit Getriebeschmiermittel in Berührung kommen können/kann, das zum Beispiel entlang der Aktuatorwelle aus dem Getriebeinnenraum leckt. Die gewünschte Positionsdetektion des Motors des Aktuators ist also bei gleichzeitiger Abdichtung bezüglich des Getriebeschmiermittels gewährleistet.
  • Eine besonders bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Getriebeeinheit sieht vor, dass die Steuereinrichtung eine Speichereinheit zum Speichern von Daten über eine Klassierung des Getriebes und/oder des Aktuators aufweist. Eine Klassierung umfasst die Korrektur einer zum Beispiel in einer Software hinterlegten Getriebe- bzw. Aktuatorkennlinie zur realen Kennlinie, die z. B. in einem Prüfstand am Ende des Produktionsprozesses vermessen wird. Damit nämlich eine Anforderung an das Getriebe von der Steuereinheit korrekt umgesetzt werden kann, muss die Steuereinrichtung exakt darüber informiert sein, mit welchem Getriebe bzw. Aktuator sie zusammenarbeitet. Das Getriebe und/oder der Aktuator können durch werksseitige Kalibriermessungen nach unterschiedlichen Toleranzklassen klassiert werden. Bekannte Lösungen sehen dazu zum Beispiel vor, dass an dem Aktuator unterschiedliche elektrische Widerstände vorgesehen sind, die von einer entfernten Steuereinheit vermessen werden, um die Getriebe-/Aktuatorklassierung zu kennen. So sieht beispielsweise die DE 10 33 651 A1 Codierstecker vor, die zwischen die Steuereinheit und den Aktuator für das Getriebe geschaltet sind, um eine entsprechende Anpassung der Steuereinrichtung an das jeweils vorhandene Getriebe zu gewährleisten. Bei der bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Getriebeeinheit, bei der die Steuereinrichtung selbst eine Speichereinheit aufweist, sind derartige Maßnahmen nicht notwendig, da die Klassierung direkt in der Steuereinheit abgelegt sein kann. Durch die effektive Kühlung der Steuereinrichtung durch die Wärmesenkeeinrichtung und andererseits die verbesserte thermische Abschirmung gegenüber der Abwärme des Aktuators und des Getriebes ist die direkte Anordnung der Steuereinrichtung an dem Aktuator möglich, so dass die Gefahr möglicher Übertragungsfehler hinsichtlich der Klassierung verringert ist.
  • Grundsätzlich lässt sich die erfindungsgemäße Anordnung mit einer Wärmesenkeeinrichtung für die Steuereinrichtung, einer Wärmeisolierschicht zwischen Aktuatorgehäuse und Wärmesenkeeinrichtung und einer wärmeleitenden Verbindung zwischen Aktuatorgehäuse und Getriebegehäuse bei allen Arten von Getrieben einsetzen. Besonders vorteilhaft ist jedoch eine solche erfindungsgemäße Getriebeeinheit, bei der das Getriebe ein Verteilergetriebe zur Verteilung des Antriebsmoments in Längsrich tung (zwischen Vorder- und Hinterachse) oder in Querrichtung (Differentialgetriebe) umfasst. Gerade bei solchen Getriebeeinheiten, die zusätzlich zum Fahrzeughauptgetriebe vorgesehen sind, ist der kompakte Aufbau von besonderem Vorteil.
  • Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Aktuatoreinheit zum Einsatz mit einer Getriebeeinheit der vorstehend erläuterten Art. Die erfindungsgemäße Aktuatoreinheit zeichnet sich durch eine Wärmesenkeeinrichtung, die mit der Steuereinrichtung wärmeleitend verbunden ist, und eine Wärmeisolierschicht zwischen dem Aktuatorgehäuse und der Wärmesenkeeinrichtung zur gegenseitigen thermischen Isolierung des Aktuatorgehäuses und der Wärmesenkeeinrichtung aus.
  • Die Vorteile einer erfindungsgemäßen Aktuatoreinheit, insbesondere der Wärmesenkeeinrichtung, die mit der Steuereinrichtung wärmeleitend verbunden ist, und der zwischen Aktuatorgehäuse und Wärmesenkeeinrichtung vorgesehenen Wärmeisolierschicht, ergeben sich in analoger Weise aus der obigen Schilderung der Vorteile einer erfindungsgemäßen Getriebeeinheit. Besonders bevorzugte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Aktuatoreinheit und deren Vorteile ergeben sich in analoger Weise aus den oben geschilderten besonderen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Getriebeeinheit.
  • Um die Abwärme des Aktuators effektiv abzuleiten, ohne dass die Wärmesenkeeinrichtung der Steuereinrichtung dadurch belastet wird, ist vorteilhafterweise eine Verbindungseinrichtung zur Verbindung des Aktuatorgehäuses mit dem Gehäuse des Getriebes vorgesehen, die wärmeleitend ausgestaltet ist, also zum Beispiel zur Verwirklichung einer Metall/Metall-Verbindung. Insbesondere kann dazu das Aktuatorgehäuse aus Metall bestehen.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren, die erfindungsgemäße Ausführungsformen zeigen, beispielhaft erläutert. Dabei zeigen
  • 1 eine seitliche Draufsicht auf eine Aktuatoreinheit gemäß der Erfindung,
  • 2 eine seitliche Schnittansicht einer Aktuatoreinheit gemäß der Erfindung, wobei einzelne Elemente beabstandet zueinander dargestellt sind, und
  • 3 eine perspektivische Explosionszeichnung einer Aktuatoreinheit gemäß der Erfindung.
  • 1 zeigt als Übersicht eine seitliche Draufsicht auf eine Aktuatoreinheit 100 gemäß der Erfindung. Der Aktuator 10 umfasst ein metallisches Aktuatorgehäuse 12, das einen in 1 nicht sichtbaren Elektromotor enthält, der in an sich bekannter Weise einen Rotor und einen Stator aufweist. Der Rotor treibt die Abtriebswelle 14 an, die zum Beispiel als Zweiflach ausgestaltet sein kann und zum Betätigen eines Getriebes dient, an dem das Aktuatorgehäuse 12 in nicht gezeigter Weise fest angeflanscht ist.
  • Das Aktuatorgehäuse 12 sitzt abgedichtet durch eine Dichtung 43 (2) in einem Ansatz 44 eines Kunststoffspritzgussteils 20, das als Wärmeisolierschicht dient und die Abwärme des Aktuators 10 von einer in der Figur unterhalb der Wärmeisolierschicht angeordneten und in 1 nicht sichtbaren Steuereinrichtung abhält.
  • An dieser Wärmeisolierschicht 20 ist das Kunststoffgehäuse eines Anschlusssteckers 22 integral angeformt.
  • Auf der dem Aktuator 10 abgewandten Seite der Wärmeisolierschicht 20 befindet sich eine metallische Kühlrippenplatte 24, die mit der in 1 nicht sichtbaren Steuereinrichtung wärmeleitend verbunden ist.
  • Die Kühlrippen der Kühlrippenplatte 24 dienen zum einen dazu, Wärme optimal abzuführen, und zum anderen kann durch die Ausgestaltung der Form der Kühlrippen die mechanische Stabilität zur Dämpfung von Schwingungen gesteigert werden, um die Gefährdung von Bauteilen und Steckverbindern zu verringern.
  • In 2 ist die Einheit 100 in einer seitlichen Schnittansicht gezeigt, wobei die einzelnen Elemente beabstandet zueinander und in größerem Detail gezeichnet sind.
  • In den umlaufenden Vorsprung 25 der Kühlrippenplatte 24 ist die Platine 26 der Steuereinrichtung 28 eingelegt und durch flächigen Kontakt wärmeleitend damit verbunden. An der Platine 26 befinden sich für die Steuerung des Aktuators 10 notwendige elektrische und elektronische Bauteile 30, 31, die hier nur beispielhaft und schematisch gezeigt sind. Insbesondere ist eine Speichereinrichtung 30 vorgesehen, in der Klassierungsdaten des Aktuators und/oder des mit ihm verbundenen Getriebes abgelegt werden. Bei der Speichereinheit kann es sich z. B. um ein EEPROM-Element handeln. Bei einer hier nicht dargestellten anderen Ausführungsform befindet sich die Speichereinheit an der Unterseite der Platine.
  • Außerdem sind auf der Platine 26 drei Hall-Sensoren 32 vorgesehen, die in noch zu beschreibender Weise die Stellung des Aktuators auswerten können. Bei einer anderen, hier nicht dargestellten Ausführungsform sind nicht drei Hall-Sensoren 32 vorgesehen, sondern ein Sensorchip, in dem Hall-Sensoren integriert sind (rotary position sensor).
  • Die thermische Ankopplung der Steuereinrichtung 28 mit der Kühlrippenplatte 24 wird z. B. mit Hilfe von Wärmeleitfolie oder Wärmeleitpaste realisiert.
  • Besonders berücksichtigt werden können dabei Wärme erzeugende Bauteile, also z. B. Leistungshalbleiter wie Feldeffekttransistoren 31, wozu in deren Bereich eine besonders gute Wärmeleitung z. B. durch entsprechende Positionierung von Wärmeleitpaste vorgenommen werden kann, was in den nur schematischen Figuren nicht dargestellt ist.
  • Abgedeckt wird die Platine 26 der Steuereinrichtung 28 von der Kunststoffwärmeisolierschicht 20, die in Form eines Deckels ausgeformt ist. In die Wärmeisolierschicht 20 sind elektrische Anschlüsse 34 eingegossen, die über den Anschlussstecker 22 von außen kontaktiert werden können, um zum Beispiel eine Spannungsversorgung zur Verfügung zu stellen und Steuersignale zu übertragen. Im montierten Zustand sind die Anschlüsse 34 mit den Kontaktflächen 33 auf der Platine 26 in Kontakt, die mit den entsprechenden Bauteilen 30, 31, 32 auf der Platine in elektrischer Verbindung stehen.
  • Im Bereich des Aktuatorgehäuses 12, das nach unten hin offen ist, befindet sich ein wannenförmiger Rücksprung 36 in der Wärmeisolierschicht 20.
  • Die von der Steuereinrichtung 28 erzeugten Leistungssignale werden über die Leistungsanschlüsse 38 an den Aktuator 10 übermittelt, die in einem Ansatz 37 der Wärmeisolierschicht 20 eingebettet sind, der z. B. während der Spritzgießprozesses zur Herstellung der Kunststoffwärmeisolierschicht 20 derart miterzeugt wird, dass die Leistungsanschlüsse 38 umspritzt werden. In dem Aktuatorgehäuse 12 befinden sich in an sich bekannter Weise der Rotor 40 und der Stator 42 eines Elektromotors zum Antrieb der Abtriebswelle 14, wobei die übrigen Elemente des Elektromotors in 2 der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt ist. Die Abtriebswelle 14 ist über Rotorlagerungen 15 in dem Aktuatorgehäuse 12 drehbar gelagert. Unterhalb des Rotors ist ein mitrotierendes Sensorpolrad 41 angeordnet, das Sensorpermanentmagnete umfasst, deren Bewegung mit den Hall-Sensoren 32 detektiert werden kann.
  • Nur schematisch ist in 2 das Getriebe 200 mit einem metallischen Getriebegehäuse 201 dargestellt. Durch die Abtriebswellendurchführung 202 hindurch kann die Abtriebswelle 14 des Aktuators 10 in an sich bekannter Weise an das Getriebe angeschlossen werden, um das Getriebe zu betätigen. In der auseinander gezogenen Darstellung der 2 ist das Getriebe getrennt vom Aktuatorgehäuse angedeutet. Im tatsächlichen Einsatz ist Aktuatorgehäuse 12 direkt an das Gehäuse 201 des Getriebes 200 angeflanscht und mit der Dichtung 45 abgedichtet. Die als O-Ring ausgestaltete Dichtung 45 sorgt für die Dichtheit nach außen hin. Um zu gewährleisten, dass kein Öl aus dem Getriebe 200 in den integrierten Aktuator 10 eindringen kann, befindet sich in der Abtriebswellendurchführung 202 eine Radialwellendichtung 203.
  • Durch das metallische Gehäuse 12 des Aktuators 10 und das metallische Gehäuse 201 des Getriebes 200 ist gewährleistet, dass über den Metal/Metall-Kontakt ein optimaler Wärmeübertrag stattfinden kann, um die Abwärme des Aktuators an das Getriebegehäuse 201 abzuleiten.
  • 3 zeigt eine Aktuatoreinheit 100 in einer perspektivischen Explosionszeichnung. Gleiche Elemente wie in 1 oder 2 oder Elemente mit dem gleichen Zweck wie in 1 oder 2 sind auch mit den gleichen Bezugsziffern wie in 1 oder 2 bezeichnet.
  • Insbesondere ist in 3 der in dem Aktuatorgehäuse 12 vorgesehene Aktuator 10 in größerem Detail erkennbar. An der Abtriebswelle 14 befindet sich der einen Permanentmagnet umfassende Rotor 40, der in den feststehenden Spulen des Stators 42 läuft.
  • Außerdem ist in 3 der Ansatz 44 an der Wärmeisolierschicht 20 gut zu sehen, in dem das Aktuatorgehäuse 12 angeordnet ist. Nicht dargestellt ist in 3 die in dem Ansatz 44 vorgesehene Dichtung 43 zwischen dem Aktuatorgehäuse 12 und der Wärmeisolierschicht 20. Im Bereich des Aktuatorgehäuses 12 befindet sich innerhalb dieses Ansatzes 44 der wannenförmige Rücksprung 36 in der Wärmeisolierschicht 20.
  • Auf der Platine 26 sind die Hall-Sensoren 32 und andere elektrische und elektronische Elemente 46 erkennbar, die insbesondere auch die Leistungshalbleiter 31 umfassen. Außerdem ist auf der Platine 26 ein Elektrolytkondensator 47 zum Stützen der Betriebsspannung vorgesehen. Bei der in 3 dargestellten Ausführungsform ist für dieses große und relativ schwere Bauteil eine gesonderte Aufnahme 23 in der Wärmeisolierschicht 20 vorgesehen, so dass der Elektrolytkondensator 47 in der Wärmeisolierschicht 20 aufgenommen und integriert ist. Auf diese Weise kann die Wärmeisolierschicht 20 zusätzlich eine Schwingungsdämpfungsfunkion erfüllen.
  • Bei einer nicht dargestellten Ausgestaltung sind in der Wärmeisolierschicht 20 einzelne Bauelemente der Steuereinrichtung 28, zum Beispiel der Elektrolytkondensator 47, direkt eingegossen, wodurch die zusätzliche Trägerfunktion und die Funktion der Schwingungsdämpfung der Wärmeisolierschicht 20 noch verbessert werden. Der Kontakt zwischen den eingegossenen Bauelementen und der Platine 26 kann ähnlich erfolgen, wie der Kontakt zwischen den Anschlüssen 34 des Steckers 22 und den Kontaktflächen 33 der Platine.
  • Mit Bezugsziffer 48 ist schließlich ein optionales Dichtelement bezeichnet, mit dem die Kühlrippenplatte 24 an der Wärmeisolierschicht 20 anliegt.
  • Wie mit Bezug zu 2 bereits erläutert, ist das Aktuatorgehäuse 12 an dem in 3 nicht gezeigten Getriebegehäuse 201 angeflanscht, wobei eine dichtende Verbindung durch die Dichtung 45 gewährleistet wird.
  • Die Aktuatoreinheit 100 wird wie folgt montiert und eingesetzt.
  • Das Aktuatorgehäuse 12 mit dem darin befindlichen Aktuator 10 wird in den Ansatz 44 an der Wärmeisolierschicht 20 eingesetzt. Im Anschluss wird die Steuereinrichtung 28 komplett von unten in die Wärmeisolierschicht 20 eingelegt. Dabei kommen die Leistungsanschlüsse 38 und die Anschlüsse 34 in dem Anschlussstecker 22 mit entsprechend angeordneten Kontaktflächen 33, 39 auf der Platine 26 der Steuereinrichtung 28 in Kontakt, um elektrische Verbindungen zur Verfügung zu stellen. Die Kühlrippenplatte 24 wird dann mit dem Aktuatorgehäuse 12 mit Hilfe nicht gezeigter Befestigungsschrauben verschraubt. Auf diese Weise entsteht eine kompakte Einheit, wobei die Wärmeisolierschicht 20 zwischen dem Aktuatorgehäuse 12 und der Kühlrippenplatte 24 gefangen ist und die Steuereinrichtung 28 wiederum zwischen der Wärmeisolierschicht 20 und der Kühlrippenplatte 24 gehalten wird. Die so gebildete Aktuatoreinheit 100 wird dann an dem metallischen Gehäuse 201 des Getriebes 200 befestigt, das mit Hilfe des Aktuators 10 betätigt werden soll. Die Befestigung geschieht zum Beispiel durch Verschraubung über die Schraubösen 50, die an dem Aktuatorgehäuse 12 vorgesehen sind (3). Auf diese Weise kommt das metallische Aktuatorgehäuse 12 in feste flächige Verbindung mit dem metallischen Getriebegehäuse 201. Die im Detail beschriebene Aktuatoreinheit 100 zusammen mit dem angeflanschten Getriebe 200 bildet eine erfindungsgemäße Getriebeeinheit, wobei Klassierungsdaten über den Aktuator 10 und/oder das Getriebe 200 direkt in der Speichereinrichtung 30 der Steuereinrichtung 28 abgelegt werden können.
  • Während des Betriebes wird die Kühlung der Steuereinrichtung 28 durch die Kühlrippenplatte 24 sichergestellt. Die Abwärme des Aktuators 10 wird jedoch nicht über die Kühlrippenplatte 24 abgeführt, da er durch die Wärmeisolierschicht 20 von der Steuereinrichtung 28 und der Kühlrippenplatte 24 thermisch nahezu vollständig isoliert ist. Der Wärmefluss zwischen dem Aktuator 10 bzw. dem Aktuatorgehäuse 12 einerseits und der Kühlrippenplatte 24 andererseits ist auf die vorgenannten Befestigungsschrauben beschränkt, mit denen die Kühlrippenplatte 24 am Aktuatorgehäuse 12 befestigt ist.
  • Die Abwärme des Aktuators 10 wird andererseits effektiv über das metallische Aktuatorgehäuse 12 an das metallische Getriebegehäuse 201 abgeleitet, an dem das Aktuatorgehäuse 12 direkt angeflanscht ist.
  • Insbesondere, wenn die gezeigte Ausführungsform in der in den Figuren dargestellten räumlichen Ausrichtung verbaut wird, kann Getriebeschmiermittel, das gegebenenfalls trotz der Radialwellendichtung 203 entlang der Aktuatorwelle 14 in den Aktuator gelangt, nicht bis zur Steuereinrichtung 28 vordringen, da es in dem wannenförmigen Rücksprung 36 der Wärmeisolierschicht 20 gefangen wird. Insbesondere wird es von den Hall-Sensoren 32 ferngehalten, die im Zusammenwirken mit den Sensorpermanentmagneten zur Winkelpositionsbestimmung des Rotors 40 des Aktuators dienen.
  • Durch die räumliche Nähe der Steuereinrichtung 28 ist eine hohe Stellgenauigkeit des Aktuators 10 gewährleistet, wobei insbesondere keine langen Kabelbaumverbindungen zwischen der Steuereinrichtung 28 und dem Aktuator 10 notwendig sind.
  • 10
    Aktuator
    12
    Aktuatorgehäuse
    14
    Abtriebswelle
    15
    Rotorlagerung
    20
    Wärmeisolierschicht
    22
    Anschlussstecker
    23
    Aufnahme
    24
    Kühlrippenplatte
    25
    Vorsprung
    26
    Platine
    28
    Steuereinrichtung
    30
    Speicher
    31
    Leistungshalbleiter
    32
    Hall-Sensoren
    33
    Kontaktfläche
    34
    Anschlüsse
    36
    wannenförmiger Rücksprung
    37
    Ansatz
    38
    Leistungsanschlüsse
    39
    Kontaktfläche
    40
    Rotor des Aktuators
    41
    Sensorpolrad
    42
    Stator des Aktuators
    43
    Dichtring
    44
    Ansatz
    45
    Dichtung
    46
    Elektronik- und Speicherelemente
    47
    Elektrolytkondensator
    48
    Dichtung
    50
    Schrauböse
    100
    Aktuatoreinheit
    200
    Getriebe
    201
    Getriebegehäuse
    202
    Abtriebswellendurchführung
    203
    Radialwellendichtring
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 1033651 A1 [0027]

Claims (16)

  1. Getriebeeinheit für ein Kraftfahrzeug, mit – einem Getriebe (200) mit einem Getriebegehäuse (201), – einem elektrischen Aktuator (10) zum Betätigen des Getriebes (200), der ein Aktuatorgehäuse (12) umfasst, – einer elektrischen Steuereinrichtung (28) zur Ansteuerung des Aktuators (10), – einer Wärmesenkeeinrichtung (24), die mit der Steuereinrichtung (28) wärmeleitend verbunden ist, und – einer Wärmeisolierschicht (20), die zwischen dem Aktuatorgehäuse (12) und der Wärmesenkeeinrichtung (24) zur thermischen Isolierung der Wärmesenkeeinrichtung (24) von dem Aktuatorgehäuse (12) vorgesehen ist, wobei das Aktuatorgehäuse (12) wärmeleitend mit dem vorzugsweise metallischen Getriebegehäuse (201) verbunden oder Teil des Getriebegehäuses ist, dadurch gekennzeichnet, dass Teile der Steuereinrichtung (28) in die Wärmeisolierschicht (20) integriert sind.
  2. Getriebeeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der Bereich des Aktuatorgehäuses (12), in dem das Aktuatorgehäuse (12) mit dem Getriebegehäuse (201) wärmeleitend verbunden ist, vorzugsweise das gesamte Aktuatorgehäuse (12), aus Metall ist.
  3. Getriebeeinheit nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmesenkeeinrichtung einen Kühlkörper (24), vorzugsweise eine metallische Kühlrippenplatte, umfasst.
  4. Getriebeeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (28) eine Platine (26) umfasst, die mit der Wärmesenkeeinrichtung (24) wärmeleitend verbunden ist.
  5. Getriebeeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeisolierschicht (20) aus Kunststoff ist.
  6. Getriebeeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeisolierschicht (20) als Deckel für die Steuereinrichtung (28) ausgestaltet ist.
  7. Getriebeeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die in die Wärmeisolierschicht (20) integrierten Teile der Steuereinrichtung (28) in einer gesonderten Aufnahme (23) in der Wärmeisolierschicht (20) aufgenommen sind.
  8. Getriebeeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die in die Wärmeisolierschicht (20) integrierten Teile der Steuereinrichtung (28) von einem die Wärmeisolierschicht (20) bildenden Kunststoff umspritzt sind.
  9. Getriebeeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die in die Wärmeisolierschicht (20) integrierten Teile der Steuereinrichtung (28) in der Wärmeisolierschicht (20) direkt eingegossen sind.
  10. Getriebeeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die in die Wärmeisolierschicht (20) integrierten Teile der Steuereinrichtung (28) einen Elektrolytkondensator (47) umfassen.
  11. Getriebeeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch eine Dichtung (43) zwischen der Wärmeisolierschicht (20) und dem Aktuatorgehäuse (12).
  12. Getriebeeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch einen an der Wärmeisolierschicht (20) integral angeformten Anschlussstecker (22) zur elektrischen Kontaktierung der Steuereinrichtung (28).
  13. Getriebeeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Aktuatorgehäuse (12) in Richtung der Wärmeisolierschicht (20) offen ist und die Wärmeisolierschicht (20) in dem Bereich, der zu dem offenen Aktuatorgehäuse (12) weist, einen wannenförmigen Abschnitt (36) aufweist.
  14. Getriebeeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (12) als Elektromotor ausgestaltet ist und dem Aktuator (12) ein Winkelpositionssensor zugeordnet ist, wobei an einem Rotor (40) des Elektromotors ein oder mehrere Sensorpermanentmagnete vorgesehen sind und wobei die Steuereinrichtung (28) wenigstens einen Magnetsensor (32) zur Detektion der Position der Sensorpermanentmagnete aufweist, wobei sich ein Abschnitt der Wärmeisolierschicht (20) zwischen den Sensorperma nentmagneten des Rotors (40) und dem wenigstens einen Magnetsensor (32) befindet.
  15. Getriebeeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (28) eine Speichereinheit (30) zum Speichern von Daten über die Klassierung des Getriebes (200) und/oder des Aktuators (10) aufweist.
  16. Getriebeeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (200) ein Verteilergetriebe zur Verteilung des Antriebsmoments in Längsrichtung oder in Querrichtung des Kraftfahrzeuges ist.
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