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Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeuggetriebe, insbesondere Mehrstufengetriebe, mit zumindest einer Schalteinheit.
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Aus der
DE 10 2008 055 626 A1 ist bereits ein Kraftfahrzeuggetriebe, insbesondere Mehrstufengetriebe, mit zumindest einer Schalteinheit, die zwei relativ zueinander verdrehbare, drehfest miteinander verbindbare Koppelelemente aufweist, bekannt.
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Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine Verlustleistung des Kraftfahrzeuggetriebes zu senken. Sie wird durch eine erfindungsgemäße Ausgestaltung entsprechend dem Anspruch 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Erfindungsgemäß wird ein Kraftfahrzeuggetriebe, insbesondere Mehrstufengetriebe, mit zumindest einer Schalteinheit, die zwei relativ zueinander verdrehbare, drehfest miteinander verbindbare Koppelelemente sowie einen elektromechanischen Betätigungsaktuator aufweist, der mechanisch selbsthemmend ausgeführt ist, vorgeschlagen. Dadurch braucht eine Verbindungseinheit zur Übertragung elektrischer Leistung an den Betätigungsaktuator lediglich zur Übertragung einer Leistung vorgesehen werden, die zur Verstellung der Schalteinheit notwendig ist. Es kann darauf verzichtet werden, die Verbindungseinheit zur Übertragung einer Leistung vorzusehen, welche notwendig ist, um die Schalteinheit in einer Offen-Stellung oder einer Geschlossen-Stellung zu halten. Zudem kann erreicht werden, dass die Energieaufnahme des Betätigungsaktuators in der Offen-Stellung und der Geschlossen-Stellung Null oder zumindest nahezu Null ist, wodurch eine Verlustleistung des Kraftfahrzeuggetriebes weiter gesenkt werden kann. Unter „mechanisch selbsthemmend” soll insbesondere verstanden werden, dass der Betätigungsaktuator zumindest eine Mechanik, wie insbesondere ein Getriebe, aufweist, durch die der Betätigungsaktuator eine aktuell vorliegende Einstellung hält, wenn eine Energiezufuhr unterbrochen wird. Insbesondere wird darunter keine Verrastung verstanden, welche eine energielose Fixierung lediglich in vordefinierten Einstellungen, wie beispielsweise einer Offen-Stellung oder einer Geschlossen-Stellung, ermöglicht. Unter einer „Schaltstellung” soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Stellung des Betätigungsaktuators in einem beliebigen Schaltzustand der Schalteinheit verstanden werden. Unter „vorgesehen” soll insbesondere speziell programmiert, ausgelegt und/oder ausgestattet verstanden werden.
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Es wird weiter vorgeschlagen, dass der Betätigungsaktuator ein Planetenradgetriebe nach dem Wolfrom-Prinzip aufweist. Damit kann eine vorteilhafte, insbesondere rotationssymmetrische Gewichtsverteilung des Betätigungsaktuators erreicht werden. Außerdem kann erreicht werden, dass das Planetenradgetriebe ein hohes Übersetzungsverhältnis aufweist. Durch das hohe Übersetzungsverhältnis kann ein Elektromotor gut als Antrieb für den elektromechanischen Betätigungsaktuator verwendet werden. Das hohe Übersetzungsverhältnis ermöglicht es, den Betätigungsaktuator mechanisch selbsthemmend auszuführen. Ein Planetenradgetriebe ist dabei besonders vorteilhaft. Alternativ kann der Betätigungsaktuator auch ein anderes Getriebe mit einem hohen Übersetzungsverhältnis, wie beispielsweise ein Zykloidgetriebe oder ein Umlaufgetriebe, aufweisen. Unter einem „hohen Übersetzungsverhältnis” soll dabei insbesondere ein Übersetzungsverhältnis von zumindest 150 verstanden, wobei das Übersetzungsverhältnis vorzugsweise zumindest 200 beträgt.
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Vorzugsweise weist der Betätigungsaktuator einen Elektromotor auf, der zumindest teilweise in das Planetenradgetriebe integriert ist. Dadurch kann ein Bauraumbedarf des Betätigungsaktuators gering gehalten werden. Unter „zumindest teilweise integriert” soll insbesondere verstanden werden, dass der Elektromotor ein Rotor und/oder ein Stator aufweist, die zumindest teilweise in einem von dem Planetenradgetriebe aufgespannten Bauraum angeordnet sind.
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Das Planetenradgetriebe weist vorzugsweise ein Sonnenrad auf, das den Elektromotor aufnimmt. Dadurch kann der Elektromotor besonders gut in das Planetenradgetriebe integriert werden. Unter „aufnehmen” wird dabei insbesondere verstanden, dass der Elektromotor vollständig in das Sonnenrad integriert ist.
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In einer Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass der Betätigungsaktuator einen Spreizmechanismus aufweist, der dazu vorgesehen ist, eine Relativdrehbewegung in eine Linearbewegung umzusetzen. Dadurch kann einerseits eine einfache Betätigung der Schalteinheit erreicht werden. Zudem ist dadurch der Betätigungsaktuator besonders einfach selbsthemmend ausführbar, da durch den Spreizmechanismus einfach erreicht werden kann, dass der Elektromotor hohe Betätigungskräfte erzeugen kann, während gleichzeitig Kräfte zum Halten eines Schaltzustands einfach abgestützt werden können.
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Zudem wird vorgeschlagen, dass das Kraftfahrzeuggetriebe eine induktive Verbindungseinheit aufweist, die dazu vorgesehen ist, den Betätigungsaktuator zur Versorgung mit elektrischer Leistung an eine Steuer- und/oder Regeleinheit anzubinden. Dadurch kann die Schalteinheit durch Getriebebauteile hindurch mit elektrischer Energie versorgt werden, ohne dass Übergabestellen an diesen Getriebebauteile notwendig sind. Insbesondere durch drehbare Getriebebauteile hindurch kann der Betätigungsaktuator einfach mit Energie versorgt werden, wodurch insbesondere im Vergleich mit hydraulischen Betätigungsaktuaktoren, eine verbesserte Energieübertragung realisiert werden kann. Übergabestellen, die eine druckbeständige Abdichtung erfordern, können entfallen. Insbesondere wenn die Schalteinheit innenliegend angeordnet ist, d. h. eine Energieversorgung durch zumindest ein drehbar gelagertes Getriebebauteil zwingend erforderlich ist, kann eine Verlustleistung durch Entfall von Übergabestellen verringert werden. Es kann ein Mehrstufengetriebe bereitgestellt werden, dessen Verlustleistung mit dem eines Handschaltgetriebes vergleichbar ist. Zudem kann ein Betriebsmittelsystem vereinfacht werden, wenn auf Übergabestellen verzichtet werden kann. Es kann somit ein insbesondere hinsichtlich seiner Verlustleistung verbessertes Kraftfahrzeuggetriebe bereitgestellt werden. Unter einer ”Steuer- und/oder Regeleinheit” soll insbesondere eine Einheit mit zumindest einem Steuergerät verstanden werden. Unter einem ”Steuergerät” soll insbesondere eine Einheit mit einer Prozessoreinheit und mit einer Speichereinheit sowie mit einem in der Speichereinheit gespeicherten Betriebsprogramm verstanden werden. Grundsätzlich kann die Steuer- und/oder Regeleinheit mehrere untereinander verbundene Steuergeräte aufweisen, die vorzugsweise dazu vorgesehen sind, über ein Bus-System, wie insbesondere ein CAN-Bus-System, miteinander zu kommunizieren.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Figurenbeschreibung. In den Figuren sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Figuren, die Figurenbeschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Dabei zeigen:
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1 ein Getriebeschema für ein Kraftfahrzeuggetriebe,
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2 ein Ausschnitt aus dem Kraftfahrzeuggetriebe in einer schematisierten Darstellung mit einer Schalteinheit,
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3 ein Betätigungsaktuator der Schalteinheit,
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4 eine Darstellung eines Spreizmechanismus des Betätigungsaktuators und
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5 ein Betätigungsaktuator mit einem alternativ ausgebildeten Spreizmechanismus.
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Die 1 zeigt ein Getriebeschema für ein an sich bekanntes Kraftfahrzeuggetriebe. Das Kraftfahrzeuggetriebe ist als ein Mehrstufengetriebe ausgebildet. Das dargestellte Kraftfahrzeuggetriebe umfasst ein Getriebegehäuse 10a und vier Planetenradstufen P1a, P2a, P3a, P4a sowie sechs Schalteinheiten S1a, S2a, S3a, S4a, S5a, S6a, die innerhalb des Getriebegehäuses 10a angeordnet sind. Weiter umfasst das Kraftfahrzeuggetriebe eine Mehrzahl von Getriebewellen 11a, 12a, 13a, 14a, 15a, 16a. Jede der Planetenradstufen P1a, P2a, P3a, P4a umfasst ein Sonnenrad, ein Hohlrad und einen Planetenradträger sowie Planetenräder. Die Schalteinheiten S1a, S2a, S3a, S4a, S5a, S6a umfassen jeweils zwei Koppelelemente S11a, S12a, S21a, S22a, S31a, S32a, S41a, S42a, S51a, S52a, S61a, S62a. Die Koppelelemente S11a, S12a, S21a, S22, S61a, S62 der als Kupplungen ausgeführten Schalteinheiten S1a, S2a, S6a sind jeweils drehbar gelagert. Das eine Koppelelement S31a, S41a, S51a der als Bremsen ausgebildeten Schalteinheiten S3a, S4a, S5a ist drehbar gelagert angeordnet, während das andere Koppelelement S32a, S42a, S52 dieser Schalteinheiten S3a, S4a, S5a gehäusefest angeordnet ist. Die Koppelelemente S11a, S12a, S21a, S22a, S31a, S41a, S51a, S61a, S62a sind teilweise direkt mit zumindest einem der Sonnenräder, Hohlräder und/oder Planetenradträger verbunden. Die Getriebewellen 11a, 12a, 13a, 14a, 15a, 16a verbinden die Koppelelemente, Sonnenräder, Hohlräder und/oder Planetenradträger miteinander, wenn diese beabstandet zueinander angeordnet sind.
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Das Kraftfahrzeuggetriebe umfasst weiter eine Mehrzahl von Betätigungsaktuatoren, die zur Betätigung der Schalteinheiten S1a, S2a, S3a, S4a, S5a, S6a vorgesehen sind. Jede der Schalteinheiten S1a, S2a, S3a, S4a, S5a, S6a umfasst einen der Betätigungsaktuatoren, der zum Schließen und/oder Öffnen der entsprechenden Schalteinheiten S1a, S2a, S3a, S4a, S5a, S6a vorgesehen ist. Die Betätigungsaktuatoren können unterschiedlich ausgebildet sein. Grundsätzlich können die Betätigungsaktuatoren elektromechanisch, hydraulisch und/oder pneumatisch ausgebildet werden. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind zumindest die Betätigungsaktuatoren der Schalteinheiten S3a, S6a elektromechanisch ausgeführt. Im Folgenden wird lediglich der Betätigungsaktuator 17a der Schalteinheit S3a beschrieben. Der nicht näher dargestellte Betätigungsaktuator der Schalteinheit S6a kann analog ausgebildet werden.
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Zur Ansteuerung der Betätigungsaktuatoren umfasst das Kraftfahrzeuggetriebe eine Steuer- und Regeleinheit 18a. Die Steuer- und Regeleinheit 18a ist entsprechend den Betätigungsaktuatoren ausgebildet. Ist zumindest ein Teil der Betätigungsaktuatoren hydraulisch ausgebildet, umfasst die Steuer- und Regeleinheit 18a zumindest eine hydraulische Komponente zur Ansteuerung dieser Betätigungsaktuatoren. Ist, wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel, zumindest ein Teil der Betätigungsaktuatoren elektromechanisch ausgebildet, ist die Steuer- und Regeleinheit 18a für eine Ansteuerung dieser Betätigungsaktuatoren vorgesehen. Zudem ist die Steuer- und Regeleinheit 18a dazu vorgesehen, die Betätigungsaktuatoren mit Energie zu versorgen, wobei eine Energieversorgung in Abhängigkeit der Ausgestaltung der Betätigungsaktuatoren als Druckölversorgung oder als elektrische Energieversorgung ausgebildet ist.
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Die zwei als Kupplungen ausgeführten Schalteinheiten S3a, S6a sind innenliegend angeordnet. Bauräume, die für die zwei Schalteinheiten S3a, S6a vorgesehenen sind, sind in axialer Richtung und in radialer Richtung durch einen Teil der Planetenradstufen P1a, P2a, P3a, P4a und/oder der Getriebewellen 11a, 12a, 13a, 14a, 15a, 16a begrenzt. Die Bauräume, die für die Schalteinheiten S3a, S6a vorgesehen sind, sind insbesondere nicht allein durch das Getriebegehäuse 10a begrenzt. In dem dargestellten Getriebeschema ist der Bauraum, der für die die Schalteinheit S3a vorgesehen ist, durch die erste Planetenradstufe P1a, die Getriebewelle 15a und die Getriebewelle 14a begrenzt. Eine analoge Einbausituation findet sich bei der zweiten innenliegend angeordneten Schalteinheit S6a (vgl. 1).
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Die innenliegenden Schalteinheiten S3a, S6a umfassen die elektromechanisch ausgebildeten Betätigungsaktuatoren. Die beiden Betätigungsaktuatoren sind in analoger Weise an die Steuer- und Regeleinheit 18a angebunden. In der folgenden Beschreibung wird daher insbesondere auf eine Verbindung zwischen der Steuer- und Regeleinheit 18a und dem Betätigungsaktuator 17a der ersten innenliegenden Schalteinheit S3a eingegangen. Eine Verbindung zwischen der Steuer- und Regeleinheit 18a und dem nicht näher dargestellten Betätigungsaktuator der zweiten innenliegenden Schalteinheit S6a kann analog ausgebildet werden.
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Um die Steuer- und Regeleinheit 18a und den Betätigungsaktuator 17a miteinander zu verbinden, umfasst das Kraftfahrzeuggetriebe eine induktive Verbindungseinheit 19a (vgl. 2). Die Steuer- und Regeleinheit 18a bildet eine Energieversorgung aus, die dazu vorgesehen ist, den Betätigungsaktuator 17a der Schalteinheit S3a mit elektrischer Energie zu versorgen. Die induktive Verbindungseinheit 19a ist dazu vorgesehen, die elektrische Energie zu übertragen. Eine von der Verbindungseinheit 19a maximal übertragbare elektrische Leistung entspricht einer Leistung, die der Betätigungsaktuator 17a maximal benötigt. Der Betätigungsaktuator 17a ist dabei lediglich über die induktive Verbindungseinheit 19a mit der Steuer- und Regeleinheit 18a verbunden. Auf eine zusätzliche Verbindung, welche zur Übertragung von Leistung an den Betätigungsaktuator 17a vorgesehen ist, wird verzichtet. Der Betätigungsaktuator 17a weist in einem Betrieb eine Leistungsaufnahme aus, die höchstens 50 Watt beträgt. Die induktive Verbindungseinheit 19a ist für eine Übertragung von Leistung bis 100 Watt vorgesehen.
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Die induktive Verbindungseinheit 19a ist zusätzlich zur Übertragung von Steuersignalen für eine Ansteuerung des Betätigungsaktuators 17a vorgesehen. Die Betätigungsaktuator 17a umfasst eine Elektronikeinheit 20a, die über die Verbindungseinheit 19a an die Steuer- und Regeleinheit 18a angebunden ist. Die Elektronikeinheit 20a ist dazu vorgesehen, die von der Steuer- und Regeleinheit 18a bereitgestellten Steuersignale auszuwerten und in einen entsprechenden Schaltvorgang umzusetzen.
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Die Verbindungseinheit 19a ist für eine bidirektionale Signalübertragung vorgesehen. Die Elektronikeinheit 20a des Betätigungsaktuators 17a ist dazu vorgesehen, Statussignale bereitzustellen, welche von der Verbindungseinheit 19a an die Steuer- und Regeleinheit 18a übertragen werden. Der Betätigungsaktuator 17a umfasst eine an die Elektronikeinheit 20a angebundene Sensoreinheit 21a, die dazu vorgesehen ist, unterschiedliche Parameter während eines Betriebs und/oder eines Schaltvorgangs zu erfassen. Beispielsweise kann die Sensoreinheit 21a dazu vorgesehen sein, eine Temperatur der Schalteinheit S3a zu erfassen, insbesondere wenn die Schalteinheit S3a wie in dem dargestellten Ausführungsbeispiel für eine reibschlüssige Verbindung der Koppelelemente S31a, S32a vorgesehen ist. Außerdem kann die Sensoreinheit 21a beispielsweise dazu vorgesehen sein, eine aktuelle Schaltposition und/oder Drehzahlen der Koppelelemente S31a, S32a zu erfassen.
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Die induktive Verbindungseinheit 19a umfasst eine gehäuseseitige Primärspule 22a, die mit der Steuer- und/oder Regeleinheit 18a verbunden ist, und eine kupplungsseitige Sekundärspule 23a, die mit der Elektronikeinheit 20a des Betätigungsaktuators 17a verbunden ist. Die Primärspule 22a ist gehäusefest angeordnet. Die Sekundärspule 23a ist gegenüber der Elektronikeinheit 20a ortsfest angeordnet. Die Elektronikeinheit 20a und die Sekundärspule 23a sind vorzugsweise fest mit einem der Koppelelemente S31a, S32a verbunden oder zumindest ortsfest gegenüber einem der Koppelelemente S31a, S32a angeordnet.
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Die Schalteinheit S3a ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als eine Lamellenkupplung ausgebildet. Sie umfasst ein Lamellenpaket mit jeweils wechselweise angeordneten Kupplungslamellen 24a, 25a, welche für eine reibschlüssige Verbindung miteinander vorgesehen sind. Die Schalteinheit S3a umfasst einen Innenlamellenträger 26a, der das erste Kopplungselement S31a zumindest teilweise ausbildet, und einen Außenlamellenträger 27a, der das zweite Koppelelement S32a zumindest teilweise ausbildet. Das erste Koppelelement S31a ist permanent drehfest mit dem Hohlrad der zweiten Planetenradstufe P2a und der Getriebewelle 15a verbunden. Das zweite Koppelelement S32 ist permanent drehfest mit dem Planetenradträger der ersten Planetenradstufe P1a verbunden.
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Der Außenlamellenträger 27a bildet einen Spulenträger für die Sekundärspule 23a aus. Die Sekundärspule 23a ist damit fest mit dem Außenlamellenträger 27a verbunden. Die Primärspule 22a ist mit dem Getriebegehäuse 10a verbunden. Die Primärspule 22a und die Sekundärspule 23a sind beabstandet zueinander angeordnet. Die Getriebewelle 14a, die in dem dargestellten Ausführungsbeispiel das Hohlrad der ersten Planetenradstufe P1a mit dem Planetenradträger der zweiten Planetenradstufe P2a verbindet, durchsetzt einen Zwischenraum zwischen der Primärspule 22a und der Sekundärspule 23a.
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Die Getriebewelle 14a besteht aus einem Material mit einer niedrigen magnetischen Permeabilität. Die Permeabilität des Materials ist insbesondere kleiner als die von Weichmetall. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel besteht die Getriebewelle 14a aus Kohlefaserverbundstoff. Grundsätzlich kann die Getriebewelle 14a auch aus anderen Materialen, vorzugsweise Kunststoffmaterialien oder Kunststoffverbundmaterialien, bestehen. Insbesondere ist es denkbar, dass die Getriebewelle 14a lediglich teilweise aus dem Material mit niedriger magnetischer Permeabilität besteht, insbesondere wenn die Getriebewelle 14a mehrteilig ausgebildet ist. Vorzugsweise besteht die Getriebewelle 14a zumindest in einem Bereich, der durch die Primärspule 22a und die Sekundärspule 23a aufgespannt ist, aus dem Material mit niedriger magnetischer Permeabilität.
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Der elektromechanische Betätigungsaktuator 17a ist mechanisch selbsthemmend ausgeführt. Die Energieversorgung des Betätigungsaktuators 17a dient insbesondere der Verstellung der Schalteinheit S3a. Ein aktueller Schaltzustand der Schalteinheit S3a kann gehalten werden, ohne dass dem Betätigungsaktuator 17a elektrische Leistung zugeführt werden muss. Der Betätigungsaktuator 17a hält den Schaltzustand dabei rein mechanisch. Eine Haltekraft zum Halten des Schaltzustands wird durch eine innere Reibung des Betätigungsaktuators 17a bereitgestellt. Der Betätigungsaktuator 17a weist insbesondere keine formschlüssige Verriegelung oder Verrastung auf.
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Der Betätigungsaktuator 17a umfasst ein Planetenradgetriebe 28a nach dem Wolfrom-Prinzip (vgl. 3). Das Planetenradgetriebe 28a umfasst ein Sonnenrad 29a, einen Planetenradträger 30a, Planetenräder 31a, 32a sowie zwei Hohlräder 33a, 34a. Das Kraftfahrzeuggetriebe weist eine Hauptrotationsachse 35a auf, zu der das Sonnenrad 29a, der Planetenradträger 30a sowie die Hohlräder 33a, 34a koaxial zueinander angeordnet sind. Das Sonnenrad 29a, der Planetenradträger 30a und das zweite Hohlrad 34a sind drehbar gelagert. Sie sind insbesondere gegenüber der Getriebewelle 11a, die die Schalteinheit S3a durchsetzt, sowie gegenüber den Koppelelementen S31a, S32a der Schalteinheit S3a verdrehbar. Das erste Hohlrad 33a ist drehfest abgestützt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das erste Hohlrad 33a drehfest mit dem zweiten Koppelelement S32a verbunden. Der Planetenradträger 30a und das Sonnenrad 29a können mittels der Hohlräder 33a, 34a gelagert werden.
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Die Planetenräder 31a, 32a sind drehbar auf dem Planetenradträger 30a gelagert. Jeweils zwei der Planetenräder 31a, 32a sind koaxial zueinander angeordnet und bilden eine Planetenradpaarung. In 2 sind lediglich die zwei Planetenräder 31a, 32a der einen Planetenradpaarung dargestellt. Weitere Planetenräder können analog angeordnet. werden. Die Planetenräder 31a, 32a der Planetenradpaarung sind einstückig ausgeführt. Alternativ ist auch eine mehrteilige Ausführung denkbar, in der die Planetenräder 31a, 32a paarweise drehfest miteinander verbunden sind. Das erste Planetenrad 31a der Planetenradpaarung kämmt mit dem Sonnenrad 29a und dem ersten Hohlrad 33a. Das zweite Planetenrad 32a der Planetenradpaarung kämmt mit dem zweiten Hohlrad 34a. Das erste Planetenrad 31a und das zweite Planetenrad 32a haben die gleiche Zähnezahl.
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Das Planetenradgetriebe 28a weist ein Übersetzungsverhältnis auf, das insbesondere von einer Zähnezahl-Differenz der Hohlräder 33a, 34a abhängt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist das zweite Hohlrad 34a einen Zahn mehr auf als das erste Hohlrad 33a. Das Übersetzungsverhältnis des Planetenradgetriebes 28a liegt zwischen 200 und 250, wobei eine Drehbewegung des Sonnenrads 29a in eine langsamere Drehbewegung des zweiten Hohlrads 34a übersetzt wird.
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Der Betätigungsaktuator 17a weist einen Elektromotor 36a auf, der in das Planetenradgetriebe 28a integriert ist. Der Elektromotor 36a weist einen gegenüber dem ersten Hohlrad 33a ortsfest angeordneten Stator 37a und einen drehfest mit dem Sonnenrad 29a verbundenen Rotor 38a auf. Der Stator 37a ist drehfest mit dem zweiten Koppelelement S32a verbunden. Der Rotor 38a ist teilweise einstückig mit dem Sonnenrad 29a ausgebildet. Der Stator 37a umfasst eine Mehrzahl von Spulen 39a, die zur Erzeugung eines elektromagnetischen Felds vorgesehen sind. Der Rotor 38a umfasst eine Mehrzahl von Permanentmagneten 40a, welche in Wechselwirkung mit dem von den Spulen 39a erzeugten elektromagnetischen Feld ein Antriebsmoment bewirken. Der Elektromotor 36a ist als ein Schrittmotor ausgebildet. Es ist denkbar, dass eine andere Art eines Elektromotors für den Elektromotor 36a zum Einsatz kommt.
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Das Sonnenrad 29a weist an seinem Außenumfang eine Verzahnung zur Wirkverbindung mit den Planetenrädern 31a, 32a auf. An seinem Innenumfang bildet das Sonnenrad 29a eine Aufnahme für die Permanentmagnete 40a des Rotors 38a aus. Das Sonnenrad 29a ist einstückig ausgebildet. Die Permanentmagnete 40a sind gleichmäßig über den Innenumfang des Sonnenrads 29a verteilt. Eine Anordnung der Permanentmagnete 40a und eine Anordnung der Spulen 39a sind aufeinander abgestimmt.
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Das Sonnenrad 29a nimmt den Elektromotor 36a auf. Das Sonnenrad 29a spannt einen Bauraum auf, innerhalb dessen der Rotor 38a mit den Permanentmagneten 40a und der Stator 37a mit den Spulen 39a angeordnet ist. Eine axiale Breite des Elektromotors 36a, die durch Abmessungen der Spulen 39a und/oder der Permanentmagnete 40a entlang der Hauptrotationsachse 35a definiert ist, ist kleiner als eine axiale Breite des Sonnenrads 29a. Der Elektromotor 36a ist vollständig innerhalb des Sonnenrads 29a angeordnet.
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Die Elektronikeinheit 20a des Betätigungsaktuators 17a ist benachbart zu dem Elektromotor 36a angeordnet. Bezogen auf den Stator 37a des Elektromotors 36a ist die Elektronikeinheit 20a ortsfest angeordnet. Sie ist ebenfalls fest mit dem zweiten Koppelelement S32a verbunden. Die Elektronikeinheit 20a ist dazu vorgesehen, eine Bestromung für den Elektromotor 36a einzustellen. Die Spulen 39a des Elektromotors 36a sind an die Elektronikeinheit 20a angebunden. In einem Betrieb empfängt die Elektronikeinheit 20a die von der Steuer- und Regeleinheit 18a bereitgestellten Steuersignale, welche von der Verbindungseinheit 19a übertragen werden, und stellt eine den Steuersignalen entsprechende Bestromung ein. Über die Bestromung gibt die Elektronikeinheit 20a insbesondere eine Drehrichtung und eine Drehgeschwindigkeit des Elektromotors 36a vor. Indem der Elektromotor 36a als ein Schrittmotor ausgebildet ist, kann auf einen Sensor zur Bestimmung einer aktuellen Winkellage des Elektromotors 36a verzichtet werden. Die Elektronikeinheit 20a übermittelt die aktuelle Winkellage als Statussignal an die Steuer- und Regeleinheit 18a.
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Um die Kupplungslamellen 24a, 25a mit einer entlang der Hauptrotationsachse 35a wirkenden Betätigungskraft zu beaufschlagen, umfasst der Betätigungsaktuator 17a einen Spreizmechanismus 41a. Der Spreizmechanismus 41a ist dazu vorgesehen, eine Relativdrehbewegung zwischen dem zweiten Koppelelement S32a und dem zweiten Hohlrad 34a in eine Linearbewegung umzusetzen. Der Spreizmechanismus 41a umfasst in dem dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Spreizkörper 42a, 43a und zumindest einen zwischen den Spreizkörpern 42a, 43a angeordneten Wälzkörper 44a. Die Spreizkörper 42a, 43a weisen jeweils zumindest eine Lauffläche 45a, 46a auf, auf welcher der Wälzkörper 44a abwälzt. Die Laufflächen 45a, 46a sind in einem spitzen Winkel zueinander angeordnet. Bei einer Relativdrehbewegung drückt der zumindest eine Wälzkörper 44a die Spreizkörper 42a, 43a auseinander.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel bildet die Lauffläche 45a des ersten Spreizkörpers 42a eine degressive Rampe aus (vgl. 4). Eine Form der Lauffläche 45a entspricht einer konvexen Krümmung. Die Lauffläche 46a des zweiten Spreizkörpers 43a bildet eine lineare Rampe aus. Alternativ kann auch lediglich eine der Laufflächen 45a, 46a eine Rampe ausbilden. Grundsätzlich sind hier unterschiedliche Ausgestaltungen mit ein oder zwei Rampen und/oder unterschiedlichen Formen der Rampen denkbar. Die Laufflächen 45a, 46a sind frei von Vertiefungen, die für eine Verrastung des Wälzkörpers 44a vorgesehen sind. Nicht näher dargestellte Spreizfedern zur Trennung der Kupplungslamellen 24a, 25a stellen eine Andruckkraft für einen permanenten Kontakt zwischen den Spreizkörpern 42a, 43a und dem Wälzkörper 44a bereit.
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In einem Betrieb treibt der Elektromotor 36a das Sonnenrad 29a an. Eine Drehbewegung des Sonnenrads 29a wird von den Planetenrädern 31a, 32a in eine langsamere Drehbewegung des zweiten Hohlrads 34a übersetzt. Der Spreizmechanismus 41a wandelt die Drehbewegung des zweiten Hohlrads 34a in die Linearbewegung um, welche eine Betätigungskraft für die Schalteinheit S3a bereitstellt. Ein Übersetzungsverhältnis des Planetenradgetriebes 28a ist dabei so groß, dass ein Drehmoment, das durch den Spreizmechanismus 41a beim Halten eines beliebigen Schaltzustands auf das zweite Hohlrad 34a wirkt, durch die innere Reibung des Planetenradgetriebes 28a abgestützt wird. Der Elektromotor 36a ist beim Halten eines beliebigen Schaltzustands kraftfrei.
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In der 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Die nachfolgenden Beschreibungen beschränken sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zwischen den Ausführungsbeispielen, wobei bezüglich gleich bleibender Bauteile, Merkmale und Funktionen auf die Beschreibung des Ausführungsbeispiels der 1 bis 4 verwiesen werden kann. Zur Unterscheidung der Ausführungsbeispiele ist der Buchstabe a in den Bezugszeichen des Ausführungsbeispiels in den 1 bis 4 durch den Buchstaben b in den Bezugszeichen des Ausführungsbeispiels der 5 ersetzt. Bezüglich gleich bezeichneter Bauteile, insbesondere in Bezug auf Bauteile mit gleichen Bezugszeichen, kann grundsätzlich auch auf die Zeichnungen und/oder die Beschreibung des Ausführungsbeispiels der 1 bis 4 verwiesen werden.
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5 zeigt eine alternative Ausgestaltung einer Schalteinheit S3b eines Kraftfahrzeuggetriebes. Die Schalteinheit S3b umfasst zwei relativ zueinander verdrehbare, drehfest miteinander verbindbare Koppelelemente S31b, S32b sowie einen elektromechanischen Betätigungsaktuator 17b, der mechanisch selbsthemmend ausgeführt ist. Der Betätigungsaktuator 17b weist ein Planetenradgetriebe 28b nach dem Wolfrom-Prinzip auf. Das Planetenradgetriebe 28b umfasst ein Sonnenrad 29b, einen Planetenradträger 30b, auf dem Planetenradträger 30b jeweils paarweise angeordnete Planetenräder 31b, 32b sowie zwei Hohlräder 33b, 34b, von denen eines drehfest mit einem der Koppelelemente S31b, S32b verbunden ist.
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Weiter weist der Betätigungsaktuator 17b einen Elektromotor 36b auf, der zumindest teilweise in das Planetenradgetriebe 28b integriert ist. Zur Betätigung der Schalteinheit S3b weist der Betätigungsaktuator 17b einen Spreizmechanismus 41b auf, der dazu vorgesehen ist, eine Relativdrehbewegung zwischen dem Koppelelement S32b, mit dem das eine Hohlrad 33b fest verbunden ist, und dem zweiten Hohlrad 34b in eine Linearbewegung umzusetzen.
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Im Unterschied zu dem vorangegangenen Ausführungsbeispiel ist der Spreizmechanismus 41b zwischen den zwei Hohlrädern 33b, 34b angeordnet. Der Spreizmechanismus 41b weist zwei Spreizkörper 42b, 43b auf, die durch die Hohlräder 33b, 34b ausgebildet sind. Weiter umfasst der Spreizmechanismus 41b zumindest einen Wälzkörper 44b, welcher zwischen den Spreizkörpern 42b, 43b angeordnet ist. Die Spreizkörper 42b, 43b weisen jeweils zumindest eine Lauffläche 45b, 46b auf. Die Laufflächen 45b, 46b sind direkt in die Hohlräder 33b, 34b eingebracht. Zumindest eine der Laufflächen 45b, 46b bildet eine Rampe aus. Der Spreizmechanismus 41b bildet gleichzeitig eine Lagerung der beiden Hohlräder 33b, 34b relativ zueinander aus.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Getriebegehäuse
- 11
- Getriebewelle
- 12
- Getriebewelle
- 13
- Getriebewelle
- 14
- Getriebewelle
- 15
- Getriebewelle
- 16
- Getriebewelle
- 17
- Betätigungsaktuator
- 18
- Steuer- und/oder Regeleinheit
- 19
- Verbindungseinheit
- 20
- Elektronikeinheit
- 21
- Sensoreinheit
- 22
- Primärspule
- 23
- Sekundärspule
- 24
- Kupplungslamelle
- 25
- Kupplungslamelle
- 26
- Innenlamellenträger
- 27
- Außenlamellenträger
- 28
- Planetenradgetriebe
- 29
- Sonnenrad
- 30
- Planetenradträger
- 31
- Planetenrad
- 32
- Planetenrad
- 33
- Hohlrad
- 34
- Hohlrad
- 35
- Hauptrotationsachse
- 36
- Elektromotor
- 37
- Stator
- 38
- Rotor
- 39
- Spule
- 40
- Permanentmagnet
- 41
- Spreizmechanismus
- 42
- Spreizkörper
- 43
- Spreizkörper
- 44
- Wälzkörper
- 45
- Lauffläche
- 46
- Lauffläche
- P1
- Planetenradstufe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008055626 A1 [0002]
