DE102011088664A1 - Electromechanical shifting device for use in e.g. automated gearbox of electrically-driven axle in electrical car, has spindle device comprising spindle element, where spindle device and shifting element are supported in housing part - Google Patents
Electromechanical shifting device for use in e.g. automated gearbox of electrically-driven axle in electrical car, has spindle device comprising spindle element, where spindle device and shifting element are supported in housing part Download PDFInfo
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Abstract
Description
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die Erfindung bezieht sich auf eine elektromechanische Schalteinrichtung für ein Schaltgetriebe die als solche dazu dient, ein Koppelungs- oder Kupplungsorgan des Schaltgetriebes axial zu positionieren und diese Schaltgetriebe hierdurch in einen geforderten Schaltzustand zu verbringen.The invention relates to an electromechanical switching device for a manual transmission as such serves to position a coupling or coupling member of the gearbox axially and to spend this gearbox thereby in a required switching state.
Hintergrund der ErfindungBackground of the invention
Aus
Durch den Einsatz von elektromechanisch arbeitenden Schaltvorrichtungen bei Schaltgetrieben ergeben sich gegenüber Schalteinrichtungen die in Verbindung mit externem Gestänge betätigt werden, gewisse konstruktive Freiheiten. Insgesamt sind die bislang realisierten elektromechanischen Schalteinrichtungen in ihrem Aufbau relativ komplex und unter fertigungs- und montagetechnischen Gesichtspunkten aufwendig. Through the use of electromechanically operating switching devices in manual transmissions arise over switching devices which are operated in conjunction with external linkage, certain design freedom. Overall, the previously realized electromechanical switching devices in their construction are relatively complex and expensive from production and assembly technical point of view.
Aufgabe der ErfindungObject of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektromechanische Schaltvorrichtung zu schaffen, die sich durch einen kompakten Aufbau und ein vorteilhaftes mechanisches Betriebsverhalten auszeichnet und unter fertigungs- und montagetechnischen Gesichtspunkten vorteilhaft herstellbar ist.The invention has for its object to provide an electromechanical switching device, which is characterized by a compact design and advantageous mechanical performance and is advantageous in manufacturing and assembly technical point of view produced.
Erfindungsgemäße LösungInventive solution
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine elektromechanische Schaltvorrichtung für ein Schaltgetriebe, mit:
- – einem Elektromotor mit einem Abtriebsorgan das bei Betrieb des Elektromotors um eine Motorachse umläuft,
- – einer Spindeleinrichtung mit einem um eine Spindelachse drehbar gelagerten Spindelelement, und einem darauf geführten Mutterelement,
- – einem als Schaltgabel oder Schaltwippe ausgeführten Schaltorgan das mit dem Mutterelement gekoppelt ist und nach Maßgabe der Position des Mutterelementes auf der Spindeleinrichtung eine entsprechende Schaltstellung einnimmt, und
- – einem Koppelungsgetriebe zur Koppelung des Abtriebsorgans des Elektromotors mit der Spindeleinrichtung,
- – wobei der Elektromotor und die Spindeleinrichtung über das Koppelungsgetriebe derart gekoppelt sind, dass die Motorachse und die Spindelachse zueinander quer ausgerichtet sind, und
- – sowohl die Spindeleinrichtung als auch das Schaltorgan in einem Getriebegehäuseteil gelagert sind das als solches Bestandteil eines Schaltgetriebegehäuses bildet.
- An electric motor with a driven member that revolves around a motor axis during operation of the electric motor,
- A spindle device having a spindle element rotatably mounted about a spindle axis, and a nut element guided thereon,
- - An executed as a shift fork or rocker switch member which is coupled to the nut member and assumes a corresponding switching position in accordance with the position of the nut member on the spindle device, and
- A coupling gear for coupling the output member of the electric motor to the spindle device,
- - Wherein the electric motor and the spindle device are coupled via the coupling gear such that the motor axis and the spindle axis are aligned transversely to each other, and
- - Both the spindle device and the switching member are mounted in a gear housing part which forms as such part of a transmission housing.
Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, ein elektromechanisch schaltbares Schaltgetriebe zu schaffen, bei welchem eine vorteilhafte Übersetzung zwischen dem Abtriebsorgan des Elektromotors und der Spindeleinrichtung erreicht wird und die Spindeleinrichtung und die Schaltwippe oder Schaltgabel zueinander geometrisch korrekt in einem insgesamt hochsteifen, ohnehin erforderlichen Getriebegehäuseteil gelagert sind.This makes it possible in an advantageous manner to provide an electromechanically switchable transmission, in which an advantageous translation between the output member of the electric motor and the spindle device is achieved and the spindle device and the rocker or shift fork to each other geometrically stored correctly in an overall highly rigid, anyway required gear housing part are.
Erfindungsgemäß wird eine elektromechanische Aktuatorik geschaffen, deren Bauteile in das Gehäuse eines Schaltgetriebes integriert sind und der Betätigung einer Schalteinheit dienen. Die erfindungsgemäße Aktuatorik eignet sich in besonders vorteilhafter Weise zur Betätigung einer Schalteinheit in einem koaxialen Planetengetriebe das beispielsweise durch eine E-Maschine oder anderweitige Antriebseinrichtungen angetrieben wird. Die erfindungsgemäße Aktuatorik ermöglicht es in vorteilhafter Weise, eine translatorische Bewegung einer Schaltgabel, oder ein Schwenken einer Schaltwippe durch einen Mechanismus mit einem rotatorischen Antrieb zu erreichen. According to the invention, an electromechanical actuator is provided whose components are integrated in the housing of a gearbox and serve to actuate a switching unit. The actuator according to the invention is suitable in a particularly advantageous manner for actuating a switching unit in a coaxial planetary gear which is driven for example by an electric motor or other drive means. The actuator according to the invention makes it possible in an advantageous manner to achieve a translational movement of a shift fork, or pivoting of a rocker switch by a mechanism with a rotary drive.
Die Erfindung beruht in der Integration einer elektromechanischen Aktuatorik mit Kugelgewindetrieb in ein ohnehin bei einem Schaltgetriebe erforderliches Gehäuseteil, insbesondere ein zum Abschluss eines Topfgehäuseelementes vorgesehenes Deckelteil das als solches eine Wellendurchführungsöffnung bildet. Dieses Deckelteil fungiert vorzugsweise als tragendes Strukturbauteil des Schaltgetriebegehäuses und ist mit Versteifungsrippen und einem hochtragfähigen Flansch versehen. Eine zusätzliche Einrichtung zur Befestigung der Aktuatorik wie beispielsweise ein separates Aktuatorgehäuse kann auf Grundlage des erfindungsgemäßen Lösungskonzeptes entfallen. Die Erfindung eignet sich insbesondere für automatisierte Schaltgetriebe, für sog. E-Achsen d.h. elerisch angetriebene Achsen für Elektrofahrzeuge, für Hybridfahrzeuggetriebe und für Doppelkupplungsgetriebe.The invention is based on the integration of an electromechanical actuator with ball screw in a required anyway in a manual transmission housing part, in particular a provided for completing a pot housing element cover part as such forms a shaft passage opening. This cover part preferably acts as a supporting structural component of the gearbox housing and is provided with stiffening ribs and a high carrying flange. An additional device for attaching the actuator such as a separate actuator housing can be omitted based on the solution concept of the invention. The invention is particularly suitable for automated manual transmissions, for so-called E-axes. electric powered axles for electric vehicles, for hybrid vehicle transmissions and for dual clutch transmissions.
Umfang der Erfindung ist einerseits der Aufbau und die Anordnung des Mechanismus an sich und zusätzlich die Integration in ein entsprechend angepasstes Getriebegehäuse ohne zusätzliche Verwendung eines Aktuatorgehäuses. Dadurch entfallende Schnittstellen erleichtern das Abstimmen des Mechanismus auf die zu aktuierende Schalteinheit und vermeiden die ansonsten damit einhergehenden Kosten (Montagekosten, Fertigungskosten). So sind gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung der Elektromotor und das Spindelelement derart angeordnet, dass die senkrechten Projektionen der Motorachse und der Spindelachse in eine zu diesen beiden Achsen parallele Projektionsfläche, lele Projektionsfläche, zueinander senkrecht stehen. Die Motorachse und die Spindelachse können so angeordnet sein, dass diese in einer gemeinsamen Ebene liegen und zueinander senkrecht stehen. Alternativ hierzu können die beiden Achsen auch zueinander versetzt sein, so dass diese Achsen zwar zueinander senkrecht stehen, jedoch die Motorachse an der Spindelachse um ein gewisses Versatzmaß vorbeiläuft. Den sich hierbei ergebenden Abwälzbedingungen kann durch entsprechende geometrische Gestaltung der miteinander in Eingriff stehenden Getriebeglieder, insbesondere Zahn- oder Schneckenräder Rechung getragen werden.Scope of the invention is on the one hand, the structure and the arrangement of the mechanism itself and additionally the integration into a correspondingly adapted gear housing without additional Use of an actuator housing. This eliminates interfaces to tune the mechanism to be actuated switching unit and avoid the otherwise associated costs (assembly costs, manufacturing costs). Thus, according to a particularly preferred embodiment of the invention, the electric motor and the spindle element are arranged such that the vertical projections of the motor axis and the spindle axis in a parallel to these two axes projection surface, lele projection surface are mutually perpendicular. The motor axis and the spindle axis can be arranged so that they lie in a common plane and are perpendicular to each other. Alternatively, the two axes may also be offset from one another, so that these axes are perpendicular to each other, but the motor axis passes by a certain offset dimension on the spindle axis. The resulting rolling conditions can be borne by corresponding geometric design of the meshing gear members, in particular toothed or worm gears.
Das Abtriebsorgan und das Spindelement sind erfindungsgemäß miteinander über ein Winkelgetriebe gekoppelt. Dieses Winkelgetriebe ist vorzugsweise so ausgebildet, dass dieses ein Spindelantriebszahnrad umfasst das auf dem Spindelelement sitzt, insbesondere auf einen Endbereich desselben aufgepresst ist. Das Winkelgetriebe umfasst weiterhin ein Antriebsritzel, das mit dem vorgenannten Spindelantriebszahnrad in Eingriff steht. Dieses Winkelgetriebe kann insbesondere als Kegelradgetriebe ausgebildet sein durch welches zudem eine Übersetzung, d.h. Reduktion der Drehzahl und Erhöhung des Momentes an dem Spindelelement erreicht wird. Dieses Winkelgetriebe kann auch als Schneckengetriebe, oder auch als Hypoidgetriebe ausgeführt sein. The output member and the lock element according to the invention are coupled to each other via an angle gear. This bevel gear is preferably designed such that it comprises a spindle drive gear which is seated on the spindle element, in particular pressed onto an end region thereof. The angle gear further includes a drive pinion which engages with the aforementioned spindle drive gear. This bevel gear may in particular be formed as a bevel gear by which also a translation, i. Reduction of the speed and increasing the torque on the spindle element is achieved. This bevel gear can also be designed as a worm gear, or as a hypoid gear.
Gemäß einem besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das Spindelelement vorzugsweise über ein Festlager axial abgestützt, wobei sich dieses Festlager vorzugsweise auf der Seite des Spindelantriebszahnrades befindet. Dieses Festlager ist vorzugsweise als Wälzlager, insbesondere als Rillenkugellager ausgeführt. Dieses Festlager kann in besonders vorteilhafter Weise realisiert werden, indem unmittelbar an dem auf dem Spindelelement sitzenden Spindelantriebszahnrad eine Wälzkörperlaufbahn, insbesondere eine Laufrille ausgebildet wird. Der Lageraußenring dieses Wälzlagers kann integralen Bestandteil eines Befestigungsflansches bilden über welchen die Lagerung in einem Gehäusebauteil fixiert werden kann.According to a particular aspect of the present invention, the spindle element is preferably supported axially via a fixed bearing, wherein this bearing is preferably located on the side of the spindle drive gear. This bearing is preferably designed as a rolling bearing, in particular as deep groove ball bearings. This bearing can be realized in a particularly advantageous manner by a Wälzkörperlaufbahn, in particular a track groove is formed directly on the seated on the spindle element spindle drive gear. The bearing outer ring of this bearing can form an integral part of a mounting flange over which the storage can be fixed in a housing component.
Der Stellkraftabgriff von dem Spindelelement erfolgt vorzugsweise durch ein auf dem Spindelelement sitzendes und durch das Spindelelement geführtes Mutterelement. Dieses Mutterelement kann als Kugelumlaufmutter ausgeführt sein die als solche mit einem hohen Bewegungswirkungsgrad, d.h. leichtgängig auf dem Spindelelement axial verfahrbar ist. The Stellkraftabgriff of the spindle member is preferably carried out by a seated on the spindle member and guided by the spindle element nut member. This nut element can be embodied as a recirculating ball nut which, as such, has a high kinetic efficiency, i. smoothly on the spindle element is axially movable.
Dieses Mutterelement ist vorzugsweise mit einem Eingriffsabschnitt versehen in welchen ein Mitnehmerabschnitt eingreift. Der Eingriffsabschnitt und der in diesen eingreifende Mitnehmerabschnitt können so gestaltet sein, dass eine Verdrehsicherung des Mutterelementes erreicht wird. Der Mitnehmerabschnitt kann unmittelbar an einer linear verlagerbaren Schaltgabel, oder an einer schwenkbaren Schaltwippe ausgebildet sein. Im letzteren Falle sind der Eingriffsabschnitt und der Mitnehmerabschnitt vorzugsweise so gestaltet, dass der Mitnehmerabschnitt gegenüber dem Eingriffsabschnitt verkippbar ist. Diese Verkippbarkeit kann insbesondere erreicht werden, indem der Mitnehmerabschnitt als in das Mutterelement eingreifende Gabel ausgebildet ist, welche das Mutterelement über ballige Kontaktzonen kontaktiert die an dem Mutterelement ausgebildet sind. This nut member is preferably provided with an engaging portion in which a driving portion engages. The engaging portion and engaging in this driver portion may be designed so that an anti-rotation of the nut member is achieved. The driver portion may be formed directly on a linearly displaceable shift fork, or on a pivotable rocker switch. In the latter case, the engagement portion and the driver portion are preferably designed so that the driver portion relative to the engagement portion is tilted. This Verkippbarkeit can be achieved in particular by the driver portion is formed as engaging in the nut member fork, which contacts the nut member via spherical contact zones which are formed on the nut member.
Die Schaltvorrichtung ist so gestaltet sein, dass diese über das Getriebegehäuseteil zu einer Baugruppe zusammengefasst ist, wobei jenes Getriebegehäuseteil die Lagerstellen der Schaltgabel, die Lagerstellen der Spindeleinrichtung und eine Aufnahme des Elektromotors bereitstellt. Dieses Getriebegehäuseelement kann Teil eines in Topfbauweise gefertigten Schaltgetriebegehäuses bilden. The switching device is designed so that it is combined via the gear housing part to form an assembly, said gear housing part provides the bearings of the shift fork, the bearing points of the spindle device and a recording of the electric motor. This gear housing element may form part of a gearbox housing manufactured in Topfbauweise.
Der Elektromotor ist vorzugsweise als Innenläufermotor ausgeführt, wobei das Abtriebsritzel ggf. direkt in die Rotorwelle eingeschnitten, oder auf diese aufgepresst sein kann. Der Elektromotor kann als Schrittmotor ausgebildet sein. Der Aktuator kann mit, Positionsdetektoren oder End- und Neutralstellungsdetektoren ausgestattet sein, durch welche Signale erhoben werden können, die bei der Aktivierung des Elektromotors Berücksichtigung finden können. Vorzugsweise wird weiterhin der Motorstrom erfasst. Die Ansteuerung des Elektromotors kann weiterhin auch unter Berücksichtigung tors kann weiterhin auch unter Berücksichtigung des momentanen Betriebszustandes der Getriebeeinrichtung, insbesondere des Synchronlaufzustandes der zu koppelnden, oder zu entkoppelnden Getriebeglieder erfolgen. Es ist möglich, zur Abwicklung eines Schaltvorganges temporär die am Getriebe angreifenden Antriebs- oder Schubbetriebsmomente so abzustimmen, dass der Schaltvorgang temporär last- oder ruckfrei und bei hohem Synchronlauf abgewickelt wird. The electric motor is preferably designed as an internal rotor motor, wherein the output pinion may be cut directly into the rotor shaft, or may be pressed onto this. The electric motor can be designed as a stepper motor. The actuator may be equipped with position detectors or end and neutral position detectors which can detect signals that may be considered in activating the electric motor. Preferably, the motor current is still detected. The control of the electric motor can continue taking account of the tor can also continue taking into account the current operating state of the transmission device, in particular the synchronous state of the coupling or to be decoupled gear members. It is possible for a shift operation to temporarily tune the drive or coasting moments acting on the transmission in such a way that the shifting process is carried out temporarily without load or jerk and with high synchronous operation.
Die Erfindung bezieht sich insgesamt auf eine elektromechanische Schaltvorrichtung für ein Schaltgetriebe bei welcher ein Elektromotor und eine Stellspindel über ein Winkelgetriebe gekoppelt und unmittelbar in einem entsprechend modifizierten Gehäuseteil des Schaltgetriebes gelagert sind, wobei sich die Stellspindel innerhalb des Getriebegehäuses und der Elektromotor der Schaltvorrichtung vorzugsweise außerhalb des Getriebegehäuses befindet. The invention relates generally to an electromechanical switching device for a manual transmission in which an electric motor and an adjusting spindle coupled via an angle gear and directly in a modified accordingly Housing part of the gearbox are mounted, wherein the adjusting spindle within the gear housing and the electric motor of the switching device is preferably outside the gear housing.
Kurzbeschreibung der FigurenBrief description of the figures
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt:Further details and features of the invention will become apparent from the following description taken in conjunction with the drawings. It shows:
Ausführliche Beschreibung der FigurenDetailed description of the figures
Das Mutterelement
Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel sind der Elektromotor
Das Abtriebsorgan
Das Spindelelement
Auf seiner dem Festlager
Das hier eingesetzte Mutterelement
Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel befindet sich das Mutterelement
In
Das Getriebegehäuseteil
Das Getriebegehäuseteil
Das Getriebegehäuseteil
In
In
Das Mutterelement
Das Getriebegehäuseteil
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- EP 0481168 A1 [0002] EP 0481168 A1 [0002]
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