DE102015206975A1

DE102015206975A1 - Aktuatoreinheit für ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102015206975A1
Application number: DE102015206975.3A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Feier; Walter Furlan; Markus Hebler; Alois Lafer
Original assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Current assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Priority date: 2015-04-17
Filing date: 2015-04-17
Publication date: 2016-10-20

Abstract

Aktuatoreinheit (1) für ein Getriebe (2) eines Kraftfahrzeugs zum Einstellen einer Schaltstellung des Getriebes (2), wobei die Aktuatoreinheit (1) einen Elektromotor (3) und eine Steuereinheit (4) zur Ansteuerung des Elektromotors (3) aufweist und wobei die Aktuatoreinheit (1) eine Sperreinheit (5) zur Arretierung einer Schaltstellung des Getriebes (2) aufweist, wobei die Sperreinheit (5) zumindest einen Elektromagneten (6) und zumindest ein durch den Elektromagneten (6) bewegbares Sperrelement (7) umfasst und wobei der Elektromagnet (6) vermittels der Steuereinheit (4) ansteuerbar ist und Getriebevorrichtung umfassend eine solche Aktuatoreinheit (1).

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Aktuatoreinheit für ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs zur Einstellung einer Schaltstellung des Getriebes und eine Getriebevorrichtung umfassend eine solche Aktuatoreinheit.
Stand der Technik
Bei konventionellen frontangetriebenen oder heckangetriebenen Kraftfahrzeugen dient ein Hauptgetriebe dazu die vom Motor generierte Gesamtantriebsleistung auf die Vorderachse (frontangetrieben) oder die Hinterachse (heckangetrieben) des Kraftfahrzeugs zu übertragen. Das Hauptgetriebe kann als Schaltgetriebe oder Automatikgetriebe ausgeführt sein.
Bei Allradfahrzeugen findet man zudem auch sogenannte Verteilergetriebe. Dabei handelt es sich um Getriebe, die die Gesamtantriebsleistung in Teilantriebsleistungen für jeweils angetriebene Achsen aufteilen. Je nach Verteilergetriebe und insbesondere Anzahl und Anordnung von Verteilergetrieben innerhalb des Antreibsstrangs eines Kraftfahrzeugs unterscheidet man zwischen:

– Verteilergetrieben, die die Antriebsleistung in Längsrichtung des Kraftfahrzeugs verteilen. D. h. es erfolgt eine Verteilung der Antriebsleistung zwischen einer permanent angetriebenen Primärachse (z. B. Hinterachse) und einer wahlweise zuschaltbaren Sekundärachse (z. B. Vorderachse).
– Verteilergetrieben, die die Antriebsleistung in Querrichtung des Kraftfahrzeugs verteilen. D. h. es erfolgt eine Verteilung der Antriebsleistung zwischen der „linken” und der „rechten” Halbachse der Hinter- und/oder Vorderachse des Kraftfahrzeugs („torque-vectoring”).

Aktuatoren, in der Regel elektromechanischer Art, dienen unter anderem der Betätigung der Verteilergetriebe, d. h. dem wahlweisen Einstellen der unterschiedlichen Schaltstellungen der Verteilergetriebe. Dabei handelt es sich in der Regel um ein Ineingriffbringen unterschiedlicher Zahnräder oder um die Betätigung einer Übertragungskupplung (z. B. Lamellenkupplung).
Als ein solcher Aktuator kann beispielsweise ein Elektromotor, umfassend einen Rotor, einen Stator und eine Antriebswelle verstanden werden.
Der Aktuator wird in der Regel vermittels einer elektrischen Steuereinrichtung gesteuert. Die Steuereinrichtung setzt dabei beispielsweise Drehmomentanforderungen in elektrische Steuersignale um und setzt den Aktuator (Elektromotor) in Betrieb bzw. steuert seine Geschwindigkeit. Die Steuereinheit besitzt hierfür unterschiedliche elektronische Bauteile, darunter üblicherweise einen Prozessor.
Das Dokument DE 100 10 636 A1 beschreibt beispielsweise eine elektromechanische Verstelleinheit zum Einstellen von Schaltstellungen eines Kraftfahrzeug-Verteilergetriebes. Die Verstelleinheit besteht dabei aus einem Elektromotor und einem mit dem Elektromotor mechanisch gekoppelten Schneckengetriebe. Der Elektromotor wird von einer Steuerschaltung gesteuert. Steuerschaltung, Elektromotor, sowie Schneckengetriebe sind dabei in einem Gehäuse untergebracht. Durch den in diesem Dokument vorgestellten Aufbau einer elektromechanischen Verstelleinheit wird ein hoher Integrationsgrad bezüglich sämtlicher mechanischer, elektromechanischer und elektronischer Geräte erreicht.
Bei der Betätigung (Aktuierung) eines (Verteiler-)Getriebes wird in der Regel die Drehbewegung der Antriebswelle eines Aktuators in eine Linearbewegung zur Verstellung eines Elements, wie beispielsweise einer Lamellenkupplung, umgewandelt. Erfolgt vermittels des Aktuators (Elektromotors) beispielsweise eine Verstellung einer Lamellenkupplung, so wird diese mit einem Kupplungsmoment beaufschlagt. Um dieses Kupplungsmoment halten zu können ist es notwendig den Elektromotor durchgehend mit Strom zu beaufschlagen, was einem leistungsoptimierten bzw. funktionsoptimierten Aktuator widerspricht.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine verbesserte Aktuatoreinheit anzugeben, wobei die Aktuatoreinheit bei möglichst kompakter Bauweise eine hohe Funktionssicherheit gewährleistet und leistungsoptimiert arbeitet und zudem eine Getriebevorrichtung umfassend eine solche optimierte Aktuatoreinheit anzugeben.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch eine Aktuatoreinheit für ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs zum Einstellen einer Schaltstellung des Getriebes, wobei die Aktuatoreinheit einen Elektromotor und eine Steuereinheit zur Ansteuerung des Elektromotors aufweist und wobei die Aktuatoreinheit eine Sperreinheit zur Arretierung einer Schaltstellung des Getriebes aufweist, wobei die Sperreinheit zumindest einen Elektromagneten und zumindest ein durch den Elektromagneten bewegbares Sperrelement umfasst und wobei der Elektromagnet vermittels der Steuereinheit ansteuerbar ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung weist die Aktuatoreinheit einen Elektromotor, eine Sperreinheit und eine Steuereinheit auf.
Die Aktuatoreinheit dient erfindungsgemäß der Einstellung einer gewünschten Schaltstellung eines Getriebes durch beispielsweise Betätigung und/oder Verschiebung einer Kupplung und/oder eines Zahnrades.
Die Einstellung der Schaltstellung des Getriebes erfolgt durch Bestromung des Elektromotors. Um vermittels der Aktuatoreinheit ein bestimmtes Moment (auf das Getriebe) zu übertragen und/oder ein Moment zu halten ist es in der Regel notwendig den Elektromotor unterbrechungsfrei mit Strom zu beaufschlagen.
Gemäß der Erfindung dient die Sperreinheit der Arretierung einer Schaltstellung des Getriebes und weist zumindest einen Elektromagneten und zumindest ein durch den Elektromagneten bewegbares Sperrelement auf.
Der Elektromagnet ist bevorzugt als eine (Draht-)Wicklung zu verstehen.
Das Sperrelement ist vorzugsweise stiftartig ausgeführt.
Durch die erfindungsgemäße Sperreinheit ist eine Arretierung einer Schaltstellung des Getriebes möglich, wodurch die Notwendigkeit einer dauerhaften Bestromung des Elektromotors entfällt und so eine leistungsoptimierte Aktuatoreinheit dargestellt werden kann.
Sowohl der Elektromotor, wie auch die Sperreinheit sind vermittels derselben Steuereinheit ansteuerbar.
Ein Einsatz der erfindungsgemäßen Aktuatoreinheit ist bei allen Arten von Getrieben, bevorzugt jedoch bei Verteilergetrieben, möglich.
In einer überaus bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Sperrelement der Aktuatoreinheit vermittels des Elektromagneten mit einem Sperrrad in Eingriff bring bar.
Des Weiteren besonders bevorzugt sind der Elektromagnet und das Sperrelement in einem Verschaltring des Elektromotors angeordnet.
Vorzugsweise ist in dem Verschaltring eine mechanische Führung ausgebildet, in der das Sperrelement bewegbar angeordnet ist. Der Elektromagnet umgibt dabei die mechanische Führung zumindest abschnittsweise.
Die Integration des Elektromagneten und des Sperrelements in den Verschaltring des Elektromotors ist einfach und kostengünstig realisierbar. Zudem wird für die Sperreinheit kein zusätzlicher Bauraum in axialer Richtung der Aktuatoreinheit benötigt, was zu einer kompakten Bauweise der erfindungsgemäßen Aktuatoreinheit beiträgt.
Die „axiale Richtung” entspricht einer Richtung entlang der Längsachse (Rotationsachse) der Antriebswelle des Elektromotors.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Sperreinheit mehrere Elektromagnete und mehrere jeweils durch einen Elektromagneten bewegbare Sperrelement auf, wobei die jeweiligen Elektromagnete vermittels der Steuereinheit ansteuerbar sind.
Weist die Sperreinheit mehrere Elektromagnete auf, so sind diese vorzugsweise durch eine Reihen- oder Serienschaltung elektrisch miteinander verbunden.
Das Sperrrad ist besonders bevorzugt im Bereich des Verschaltrings des Elektromotors drehfest an einer Antriebswelle des Elektromotors angeordnet und weist eine Außenverzahnung auf.
Das Sperrrad ist vorzugsweise auf die Antriebswelle des Elektromotors aufgepresst.
Die Außenverzahnung des Sperrrads ist vorteilhafterweise sichelartig ausgeführt, d. h. das Sperrrad weist asymmetrische Zahnflanken auf. Die Außenverzahnung des Sperrrads kann jedoch auch in beliebiger Weise andersartig zacken- und/oder zahnartig ausgebildet sein.
In einer überaus vorteilhaften Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung greift das Sperrelement in einem nicht bestromten Zustand des Elektromagneten in die Außenverzahnung des Sperrrads ein.
Weiters vorteilhaft ist, wenn in einem nicht bestromten Zustand des Elektromagneten ein elastisches Element das Sperrelement in Richtung der Außenverzahnung des Sperrrads drückt.
Das Sperrelement bildet so im unbestromten Zustand mit einem Teil der Außenverzahnung des Sperrrads eine formschlüssige Verbindung aus und die Position der Antriebswelle kann gehalten werden (Arretierung) – d. h. eine Bewegung der Antriebswelle des Elektromotors wird unterbunden. Als vorteilhaft erweist sich dabei, dass das gewünschte zu übertragende Moment gehalten werden kann und so die weitere Bestromung des Elektromotors entfallen kann. Dies bedingt eine leistungsoptimierte Nutzung der Aktuatoreinheit.
Wird der Elektromagnet der Sperreinheit bestromt, so wird das Sperrelement entgegen der Kraft des elastischen Elements in die mechanische Führung bewegt und die Arretierung gelöst – d. h. eine Bewegung (Rotation) der Antriebswelle des Elektromotors kann erfolgen.
Es ist jedoch auch eine umgekehrte Funktion nicht auszuschließen, d. h. das Sperrelement greift in einem bestromten Zustand des Elektromagneten in die Außenverzahnung des Sperrrads ein und wird in einem bestromten Zustand des Elektromagneten entgegen der Kraft des elastischen Elements in die mechanische Führung bewegt.
Als elastisches Element ist bevorzugt ein metallisches Federelement (Feder) zu verstehen. Der Einsatz von polymeren elastischen Elementen, wie beispielsweise Gummi, ist jedoch auch denkbar.
Der Elektromotor weist besonders bevorzugt ein Elektromotorgehäuse auf, wobei das Elektromotorengehäuse auf einer der Steuereinheit zugewandten Seite offen ausgebildet ist.
Das Elektromotorgehäuse ist vorzugsweise als Tiefziehteil ausgebildet.
Das Elektromotorgehäuse ist bevorzugt zumindest abschnittsweise aus einem thermisch leitenden Material gefertigt.
Es ist von besonderem Vorteil, wenn der Verschaltring des Elektromotors im offen ausgebildeten Bereich des Elektromotorgehäuses deckelartig angeordnet ist.
Des Weiteren besonders bevorzugt weist die Steuereinheit der Aktuatoreinheit ein Steuereinheitgehäuse auf. Das Steuereinheitgehäuse ist auf einer dem Elektromotor abgewandten Seite offen ausgebildet und die Außenkontur des Steuereinheitgehäuses auf der dem Elektromotor zugewandten Seite entspricht im Wesentlichen der Kontur des Verschaltrings und umschließt diesen deckelartig.
Vorzugsweise ist die offene Seite des Steuereinheitgehäuses mit einem Kühldeckel verschlossen.
Die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe erfolgt zudem durch eine Getriebevorrichtung umfassend ein Getriebe und eine Aktuatoreinheit mit den oben beschriebenen Merkmalen, wobei die Aktuatoreinheit zum Einstellen einer Schaltstellung des Getriebes eingerichtet ist, wobei der Elektromotor ein Elektromotorgehäuse aufweist und die Steuereinheit ein Steuereinheitgehäuse aufweist.
Die Getriebevorrichtung umfasst erfindungsgemäß ein Getriebe und eine Aktuatoreinheit, wobei die Aktuatoreinheit zum Einstellen einer Schaltstellung des Getriebes dient.
Die Aktuatoreinheit umfasst erfindungsgemäß einen Elektromotor mit einem Elektromotorgehäuse und eine Steuereinheit mit einem Steuereinheitgehäuse.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung weist das Getriebe ein Getriebegehäuse auf, wobei das Getriebegehäuse eine Ausnehmung aufweist, die stufenartig ausgebildet ist und einen ersten Ausnehmungsabschnitt kleineren Durchmessers und einen zweiten Ausnehmungsabschnitt größeren Durchmessers aufweist.
Bevorzugt ist die Ausnehmung, d. h. der erste Ausnehmungsabschnitt und der zweite Ausnehmungsabschnitt, im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet.
Besonders bevorzugt weist das Elektromotorgehäuse eine Außenkontur auf, die im Wesentlichen der Kontur der Ausnehmung des Getriebegehäuses entspricht. Das Elektromotorgehäuse weist somit ebenso einen ersten Elektromotorgehäuseabschnitt kleineren Durchmessers und einen zweiten Elektromotorgehäuseabschnitt größeren Durchmessers auf.
Das Elektromotorgehäuse, d. h. der erste Elektromotorgehäuseabschnitt und der zweite Elektromotorgehäuseabschnitt, ist vorzugsweise ebenso im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet.
In einer überaus bevorzugten Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung ist das Elektromotorgehäuse in der Ausnehmung des Getriebegehäuses angeordnet und thermisch mit dem Getriebegehäuse gekoppelt.
Während des Betriebs des Elektromotors kann es in dem Elektromotor zu einer enormen Wärmeentwicklung kommen. Bei der Anordnung des Elektromotorgehäuses in der Ausnehmung des Getriebegehäuses, wirkt das Getriebegehäuse als Wärmesenke.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung sind ein Verschaltring des Elektromotors der Aktuatoreinheit und/oder das Elektromotorgehäuse mechanisch mit dem Getriebegehäuse verbunden.
Die Verbindung des Verschaltrings und/oder Elektromotorgehäuse mit dem Getriebegehäuse erfolgt vorzugsweise vermittels einer Schraubverbindung und/oder einer Klippverbindung.
Die Steuereinheit, umfassend das Steuereinheitgehäuse und einen Kühldeckel, der an dem Steuereinheitgehäuse angeordnet ist, ist bevorzugt mechanisch und elektrisch mit dem Getriebegehäuse verbunden.
Besonders bevorzugt handelt es sich dabei um eine Schraubverbindung, insbesondere zwei Schraubverbindungen, die die mechanische und elektrische Verbindung zwischen Steuereinheit und dem Getriebegehäuse herstellen.
Um eine durchgehende elektrische Verbindung (Kontaktierung) zwischen der Steuereinheit und dem Getriebegehäuse zu realisieren, sind das Steuereinheitgehäuse, der Kühldeckel der Steuereinheit und das Getriebegehäuse, sowie die Schraubverbindungen bevorzugt zumindest teilweise aus einem elektrisch leitenden Material gefertigt.
Derart kann auf einfache Weise verhindert werden, dass äußere elektromagnetische Störeinflüsse auf die Steuereinheit, insbesondere die Leiterplatte und sämtliche elektronischen Bauteile, einen ungünstigen Einfluss haben (EMV/ESD).
Zudem wird durch die mechanische Verbindung von Steuereinheit und Getriebegehäuse eine kompakte und vibrationsresistente Verbindung zwischen Aktuatoreinheit und Getriebegehäuse (und/oder Getriebe) hergestellt.
Die Steuereinheit umfasst bevorzugt elektronische Bauteile.
Während des Betriebs der Aktuatoreinheit kann es in der Steuereinheit, insbesondere im Bereich der elektronischen Bauteile, zu einer enormen Wärmeentwicklung kommen.
Daher ist es von Vorteil, wenn die elektronischen Bauteile zumindest teilweise mit dem Kühldeckel thermisch gekoppelt sind.
Eine derartige thermische Kopplung kann beispielsweise vermittels einer Wärmeleitfolie und/oder einer Wärmeleitpaste realisiert werden.
Durch eine zumindest teilweise thermische Kopplung elektronischer Bauteile der Steuereinheit mit dem Kühldeckel kann der Wärmentwicklung innerhalb der Steuereinheit entgegengewirkt werden.
Bevorzugt bestehen das Elektromotorgehäuse und/oder der Kühldeckel und gegebenenfalls das Getriebegehäuse zumindest teilweise aus einem thermisch leitenden Material.
Das Steuereinheitgehäuse besteht vorteilhafterweise aus einem thermisch nicht leitenden Material, so dass die Steuereinheit möglichst gut vor Wärme seitens des Elektromotors und/oder des Getriebes geschützt ist.
Vermittels der Ausbildung eines Elektromotorgehäuses für den Elektromotor der Aktuatoreinheit und eines Steuereinheitgehäuses für die Steuereinheit der Aktuatoreinheit kann zum einen ein einfacher modularer Aufbau der Aktuatoreinheit realisiert werden. Zum anderen bietet dieser Aufbau einen technologischen und ökonomischen Vorteil, denn es können, je nach Preis-Anforderungen und technologischem „know how”, unterschiedliche Lieferressourcen für die „Einzelteile” (Steuereinheit und/oder Elektromotor) der Aktuatoreinheit genutzt werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden wird die Erfindung anhand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
1 zeigt eine Schnittansicht einer beispielhaften Aktuatoreinheit nach der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt eine Schnittansicht der Sperreinheit der erfindungsgemäßen Aktuatoreinheit.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
1 zeigt eine Schnittansicht einer beispielhaften Aktuatoreinheit 1 nach der vorliegenden Erfindung. 2 dient der näheren Beschreibung der Sperreinheit 5 der erfindungsgemäßen Aktuatoreinheit 1.
Im Folgenden wird im Wesentlichen 1 beschrieben und auf Details, die in 2 dargestellt sind gesondert verwiesen.
Die Aktuatoreinheit 1 weist einen Elektromotor 3, eine Sperreinheit 5 und eine Steuereinheit 4 auf und dient der Einstellung einer gewünschten Schaltstellung eines Getriebes 2.
Das Getriebe 2 weist ein Getriebegehäuse 14 auf, wobei das Getriebegehäuse 14 eine Ausnehmung 15 aufweist. Diese Ausnehmung 15 ist stufenartig ausgebildet und weist einen ersten Ausnehmungsabschnitt 16 kleineren Durchmessers und einen zweiten Ausnehmungsabschnitt 17 größeren Durchmessers auf.
Aktuatoreinheit 1 und Getriebe 2 sind Bestandteile einer Getriebevorrichtung.
Die Ausnehmung 15, d. h. der erste Ausnehmungsabschnitt 16 und der zweite Ausnehmungsabschnitt 17, sind im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet.
Im Bereich des ersten Ausnehmungsabschnitts 16 ist vorzugsweise eine erste Öffnung 23 im Getriebegehäuse 14 ausgebildet, wobei die erste Öffnung 23 des Getriebegehäuses 14 einen Durchgang zu einem Innenraum 25 des Getriebegehäuses 14 darstellt.
Der Elektromotor 3 umfasst einen Rotor 26, einen Stator 27, eine Antriebswelle 11 und einen Verschaltring 9.
Der Rotor 26, der Stator 27 und abschnittsweise die Antriebswelle 11 sind in einem Elektromotorgehäuse 18 angeordnet.
Das Elektromotorgehäuse 18 ist auf einer der Steuereinheit 4 zugewandten Seite offen ausgebildet. Der Verschaltring 9 des Elektromotors 3 ist in diesem offen ausgebildeten Bereich des Elektromotorgehäuses 18 deckelartig angeordnet.
Zudem weist das Elektromotorgehäuse 18 eine Außenkontur auf, die im Wesentlichen der Kontur der Ausnehmung 15 des Getriebegehäuses 14 entspricht. D. h. auch das Elektromotorgehäuse 18 weist einen ersten Elektromotorgehäuseabschnitt 19 kleineren Durchmessers und einen zweiten Elektromotorgehäuseabschnitt 20 größeren Durchmessers auf.
Das Elektromotorgehäuse 18 ist in der Ausnehmung 15 des Getriebegehäuses 14 angeordnet.
Der Rotor 26 des Elektromotors 3 ist drehfest an der Antriebswelle 11 angeordnet und weist mehrere, insbesondere eine gerade Anzahl, Permanentmagnete auf.
Der Stator 27 des Elektromotors 3 ist unmittelbar an dem Elektromotorgehäuse 18 im Bereich des zweiten Elektromotorgehäuseabschnitts 20 befestigt und umgibt den Rotor 26 des Elektromotors 3.
Der Stator 27 weist mehrere Statorsegmente auf, wobei die einzelnen Statorsegmente jeweils von einer Wicklung umwickelt sind.
Der Verschaltring 9 des Elektromotors 3 dient der Verschaltung der einzelnen Wicklungen der Statorsegmente untereinander.
Im Bereich des ersten Elektromotorgehäuseabschnitts 19 ist eine zweite Öffnung 24 im Elektromotorgehäuse 18 ausgebildet.
Die zweite Öffnung 24 des Elektromotorgehäuses 18 liegt gegenüber der ersten Öffnung 23 des Getriebegehäuses 14.
Die Antriebswelle 11 des Elektromotors 3 ragt durch die zweite Öffnung 24 des Elektromotorgehäuses 18 und die erste Öffnung 23 des Getriebegehäuses 14 hindurch abschnittsweise in den Innenraum 25 des Getriebegehäuses 14 hinein.
Der Abschnitt der Antriebswelle 11, der in den Innenraum 25 des Getriebegehäuses 14 hineinragt, ist als Antriebsschneckenabschnitt 28 ausgebildet.
Der Antriebsschneckenabschnitt 28 der Antriebswelle 11 ist einteilig mit der Antriebswelle 11 ausgebildet. Vermittels der einteiligen Ausführung von Antriebsschneckenabschnitt 28 mit der Antriebswelle 11 ist somit ein Schneckenantrieb direkt in die Aktuatoreinheit 1 integriert.
Auf der vom Getriebegehäuse 14 abgewandten Seite erstreckt sich die Antriebswelle 11 bis in den Bereich des Verschaltrings 9.
Die Antriebswelle 11 ist über zwei Kugellager – ein Festlager 29 und ein Loslager 30 – drehbar gelagert.
Im Bereich der ersten Öffnung 23 (des ersten Ausnehmungsabschnitts 16) ist eine erste Dichtung 31 zwischen der Antriebswelle 11 und dem Getriebegehäuse 14 angeordnet. Diese erste Dichtung 31 dient dazu ein ungewolltes Eindringen von Getriebeöl und anderen Verschmutzungen in das Elektromotorgehäuse 18 zu verhindern. Bei der in 1 dargestellten ersten Dichtung 31 handelt es sich um einen Radialwellendichtring.
Das Festlager 29 ist im Bereich der zweiten Öffnung 24 des Elektromotorgehäuses 18 angeordnet.
Im Bereich des vom Getriebegehäuse 14 abgewandten Endes der Antriebswelle 11 ist an der Stirnseite der Antriebswelle 11 ein Sensormagnet 34 (Permanentmagnet) angeordnet.
Der Sensormagnet 34 ist konzentrisch zu der Längsachse (Rotationsachse) 36 der Antriebswelle 11 angeordnet.
Das Festlager 29 dient unter anderem dazu Ausdehnungstoleranzen in Richtung des Sensormagneten 34 gering zu halten
Das Loslager 30 ist im Getriebegehäuse 14 angeordnet.
Der Verschaltring 9 ist über das Elektromotorgehäuse 18 mechanisch mit dem Getriebegehäuse 14 verbunden.
Die Verbindung von Verschaltring 9 und Elektromotorgehäuse 18 mit dem Getriebegehäuse 14 erfolgt bevorzugt vermittels einer ersten Schraubverbindung.
Verschaltring 9, Elektromotorengehäuse 18 und Getriebegehäuse 14 stellen derart eine mechanische Einheit dar.
Die Sperreinheit 5 der Aktuatoreinheit 1 weist einen Elektromagneten 6, ein durch den Elektromagneten 6 bewegbares Sperrelement 7, sowie ein Sperrrad 8 auf (2).
Der Elektromagnet 6 ist als eine (Draht-)Wicklung ausgeführt (2).
Das Sperrelement 7 ist stiftartig ausgeführt und vermittels des Elektromagneten 6 mit dem Sperrrad 8 in Eingriff bringbar (2).
Das Sperrrad 8 ist im Bereich des Verschaltrings 9 des Elektromotors 3 drehfest an einer Antriebswelle 11 des Elektromotors 3 angeordnet und weist eine symmetrisch ausgeführte Außenverzahnung 12 auf (2).
Der Elektromagnet 6 und das Sperrelement 7 sind in dem Verschaltring 9 des Elektromotors 3 angeordnet.
In dem Verschaltring 9 ist eine mechanische Führung 10 ausgebildet, in der das Sperrelement 7 bewegbar angeordnet ist. Der Elektromagnet 6 ist dabei in der mechanischen Führung 10 angeordnet (2).
Wird das Sperrelement 7 nicht mit Strom beaufschlagt, so greift das Sperrelement 7 in die Außenverzahnung 12 des Sperrrads 8 ein. Dabei drückt zusätzlich ein elastisches Element 13, hier eine Feder 13, das Sperrelement 7 in einen Teil der Außenverzahnung 12 des Sperrrads 8 (2).
Das Sperrelement 7 bildet so im unbestromten Zustand mit einem Teil der Außenverzahnung 12 des Sperrrads 8 eine reversible formschlüssige Verbindung aus und die Position der Antriebswelle 11 kann gehalten werden (Arretierung) – d. h. eine Bewegung der Antriebswelle 11 des Elektromotors 3 wird unterbunden (2).
Wird der Elektromagnet 6 der Sperreinheit 5 bestromt, so wird das Sperrelement 7 entgegen der Kraft der Feder 13 (in der mechanischen Führung 10) bewegt und die Arretierung gelöst – d. h. eine Bewegung (Rotation) der Antriebswelle 11 des Elektromotors 3 kann erfolgen (2).
Die Sperreinheit 5 ist somit als elektromagnetischer Sperrmechanismus zu verstehen.
Die Steuereinheit 4 umfasst eine Leiterplatte 39 und eine elektrische Kontaktierung 40. Sowohl Leiterplatte 39, wie auch die elektrische Kontaktierung 40 sind in einem Steuereinheitgehäuse 21 integriert.
Das Steuereinheitgehäuse 21 ist auf einer dem Elektromotor 3 abgewandten Seite offen ausgebildet und die Außenkontur des Steuereinheitgehäuses 21 auf der dem Elektromotor 3 zugewandten Seite entspricht im Wesentlichen der Kontur des Verschaltrings 9 und umschließt diesen deckelartig.
Die offene Seite des Steuereinheitgehäuses 21 ist mit einem Kühldeckel 22 verschlossen.
Die Steuereinheit 4 ist über eine zweite Schraubverbindung 38 mit dem Getriebegehäuse 14 und dem Verschaltring 9 des Elektromotors 3 mechanisch und elektrisch verbunden.
Über diese zweite Schraubverbindung 38 wird eine durchgehende elektrische Kontaktierung zwischen dem Kühldeckel 22 der Steuereinheit 4, dem Elektromotorgehäuse 18 und dem Getriebegehäuse 14 hergestellt.
Zur Abdichtung der Aktuatoreinheit 1 gegenüber Verschmutzungen jeglicher Art ist auf der dem Getriebegehäuse 14 zugewandten Seite des Steuereinheitgehäuses 21 im Bereich des Außenumfangs des Steuereinheitgehäuses 21 eine zweite Dichtung 32 vorgesehen.
Dabei es sich bei der beispielhaften Aktuatoreinheit 1 um eine Einlegedichtung.
Die Dichtheit zwischen dem Kühldeckel 22 und dem Steuereinheitgehäuse 21 wird vermittels einer dritten Dichtung 33 bewirkt. Die dritte Dichtung 33 ist in dem vorliegenden Beispiel vermittels einer Dicht-Verklebung realisiert.
An der Leiterplatte 39 der Steuereinheit 4 sind sämtliche elektronischen Bauteile und/oder Speicherelemente, wie beispielsweise Sensoren, Halbleiter, Mikrocontroller, usw., angeordnet.
In der vorliegenden beispielhaften Darstellung aus 1 ist beispielsweise ein Drehwinkelsensor 35 dargestellt, der auf der Leiterplatte 39 im Bereich des Sensormagneten 34 der Antriebswelle 11 angeordnet ist. Dieser Drehwinkelsensor 35 dient der Positionsbestimmung des Elektromotors 3, indem er den Drehwinkel des Sensormagneten 34 erfasst.
Die Leiterplatte 39 wird im Inneren des Steuereinheitgehäuses 21 konstruktiv gestützt und insbesondere elektronische Bauteile mit hoher Eigenwärmeerzeugung sind thermisch an den Kühldeckel 22 angebunden (thermische Anbindung 41).
Die thermische Anbindung 41 erfolgt vermittels einer Wärmeleitpaste und/oder einer Wärmeleitfolie.
Die elektrische Kontaktierung 40 der Steuereinheit 4 stellt die elektrische Kommunikationsschnittstelle „nach außen” dar und ist als Anschlussstecker ausgebildet.
Sowohl der Elektromotor 3, wie auch die Sperreinheit 5 sind vermittels der Steuereinheit 4 ansteuerbar.
Der Elektromotor 3 ist bevorzugt über den Verschaltring 9 mit der Leiterplatte 39 der Steuereinheit 4 verbunden. Die elektrische Schnittstelle 42 zwischen dem Verschaltring 9 des Elektromotors 3 und der Leiterplatte 39 der Steuereinheit 4 stellen bei dem vorliegenden Beispiel drei Anschlüsse 43 entsprechend drei Phasen des Elektromotors 3 und zwei Anschlüsse 43 des Elektromagneten 6 der Sperreinheit 5 dar.
Die elektrische Kontaktierung der Anschlüsse 43 mit der Leiterplatte 39 der Steuereinheit 4 wird durch eine „Pressfit”- oder Steckkontaktierung realisiert.
Bezugszeichenliste

1: Aktuatoreinheit
2: Getriebe
3: Elektromotor
4: Steuereinheit
5: Sperreinheit
6: Elektromagnet
7: Sperrelement
8: Sperrrad
9: Verschaltring
10: Mechanische Führung
11: Antriebswelle
12: Außenverzahnung
13: Elastisches Element
14: Getriebegehäuse
15: Ausnehmung
16: Erster Ausnehmungsabschnitt
17: Zweiter Ausnehmungsabschnitt
18: Elektromotorgehäuse
19: Erster Elektromotorgehäuseabschnitt
20: Zweiter Elektromotorgehäuseabschnitt
21: Steuereinheitgehäuse
22: Kühldeckel
23: Erste Öffnung
24: Zweite Öffnung
25: Innenraum (des Getriebegehäuses)
26: Rotor
27: Stator
28: Antriebsschneckenabschnitt
29: Festlager
30: Loslager
31: Erste Dichtung
32: Zweite Dichtung
33: Dritte Dichtung
34: Sensormagnet
35: Drehwinkelsensor
36: Längsachse (Rotationsachse)
38: Zweite Schraubverbindung
39: Leiterplatte
40: Elektrische Kontaktierung
41: Thermische Anbindung
42: Elektrische Schnittstelle
43: Anschluss

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10010636 A1 [0007]

Claims

Aktuatoreinheit (1) für ein Getriebe (2) eines Kraftfahrzeugs zum Einstellen einer Schaltstellung des Getriebes (2), wobei die Aktuatoreinheit (1) einen Elektromotor (3) und eine Steuereinheit (4) zur Ansteuerung des Elektromotors (3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatoreinheit (1) eine Sperreinheit (5) zur Arretierung einer Schaltstellung des Getriebes (2) aufweist, wobei die Sperreinheit (5) zumindest einen Elektromagneten (6) und zumindest ein durch den Elektromagneten (6) bewegbares Sperrelement (7) umfasst und wobei der Elektromagnet (6) vermittels der Steuereinheit (4) ansteuerbar ist.
Aktuatoreinheit (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vermittels des Elektromagneten (6) das Sperrelement (7) in Eingriff mit einem Sperrrad (8) bringbar ist.
Aktuatoreinheit (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromagnet (6) und das Sperrelement (7) in einem Verschaltring (9) des Elektromotors (3) angeordnet sind.
Aktuatoreinheit (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Verschaltring (9) eine mechanische Führung (10) ausgebildet ist, wobei das Sperrelement (7) bewegbar in der mechanischen Führung (10) angeordnet ist und der Elektromagnet (6) die mechanische Führung (10) zumindest abschnittsweise umgibt.
Aktuatoreinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperreinheit (5) mehrere Elektromagnete (6) und mehrere jeweils durch die Elektromagnete (6) bewegbare Sperrelemente (7) umfasst und wobei die jeweiligen Elektromagnete (6) vermittels der Steuereinheit (4) ansteuerbar sind.
Aktuatoreinheit (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrrad (8) im Bereich des Verschaltrings (9) des Elektromotors (3) drehfest an einer Antriebswelle (11) des Elektromotors (3) angeordnet ist.
Aktuatoreinheit (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrrad (8) eine Außenverzahnung (12) aufweist.
Aktuatoreinheit (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in einem nicht bestromten Zustand des Elektromagneten (6) das Sperrelement (7) in die Außenverzahnung (12) des Sperrrads (8) eingreift.
Aktuatoreinheit (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in einem nicht bestromten Zustand des Elektromagneten (6) ein elastisches Element (13) das Sperrelement (7) in Richtung der Außenverzahnung (12) des Sperrrads (8) drückt.
Aktuatoreinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (3) der Aktuatoreinheit (1) ein Elektromotorgehäuse (18) aufweist, wobei das Elektromotorgehäuse (18) auf einer der Steuereinheit (4) zugewandten Seite offen ausgebildet ist.
Aktuatoreinheit (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschaltring (9) des Elektromotors (3) im offen ausgebildeten Bereich des Elektromotorgehäuses (18) deckelartig angeordnet ist.
Aktuatoreinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (4) der Aktuatoreinheit (1) ein Steuereinheitgehäuse (21) aufweist, wobei das Steuereinheitgehäuse (21) auf einer dem Elektromotor (3) abgewandten Seite offen ausgebildet ist und die Außenkontur des Steuereinheitgehäuses (21) auf der dem Elektromotor (3) zugewandten Seite im Wesentlichen der Kontur des Verschaltrings (9) entspricht und diesen deckelartig umschließt.
Aktuatoreinheit (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die offene Seite des Steuereinheitgehäuses (21) mit einem Kühldeckel (22) verschlossen ist.
Getriebevorrichtung umfassend ein Getriebe (2) und eine Aktuatoreinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Aktuatoreinheit (1) zum Einstellen einer Schaltstellung des Getriebes (2) eingerichtet ist, wobei der Elektromotor (3) ein Elektromotorgehäuse (18) aufweist und die Steuereinheit (4) ein Steuereinheitgehäuse (21) aufweist.
Getriebevorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (2) ein Getriebegehäuse (14) aufweist, wobei das Getriebegehäuse (14) eine Ausnehmung (15) aufweist, die stufenartig ausgebildet ist und einen ersten Ausnehmungsabschnitt (16) kleineren Durchmessers und einen zweiten Ausnehmungsabschnitt (17) größeren Durchmessers aufweist.
Getriebevorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Außenkontur des Elektromotorgehäuses (18) der Aktuatoreinheit (1) im Wesentlichen der Kontur der Ausnehmung (15) des Getriebegehäuses (14) entspricht.
Getriebevorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektromotorgehäuse (18) in der Ausnehmung (15) des Getriebegehäuses (14) angeordnet ist und mit dem Getriebegehäuse (14) thermisch gekoppelt ist.
Getriebevorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verschaltring (9) des Elektromotors (3) und/oder das Elektromotorgehäuse (18) mechanisch mit dem Getriebegehäuse (14) verbunden sind.
Getriebevorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kühldeckel (22) der Steuereinheit (4) und/oder das Steuereinheitgehäuse (21) mechanisch und/oder elektrisch mit dem Getriebegehäuse (14) verbunden sind.
Getriebevorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektromotorgehäuse (18) und/oder der Kühldeckel (22) der Steuereinheit (4) und gegebenenfalls das Getriebegehäuse (14) aus einem thermisch leitenden Material bestehen.