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Die Erfindung betrifft ein Getriebe nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 und ein Getriebe nach dem Oberbegriff von Anspruch 2.
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Derartige Getriebe weisen eine Welle und einen auf der Welle fixierten elektrischen Aktor auf. Der Aktor ist gewöhnlich zur Betätigung eines Schaltelements, etwa einer Kupplung oder einer Bremse ausgebildet. Der Aktor wird per Induktion mit elektrischer Energie versorgt.
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Die Druckschrift
DE 10 2012 212 259 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Leistungsübertragung für eine drehbare Reibungskupplung. Die Vorrichtung umfasst einen Stator und einen Rotor. Über den Rotor wird ein Aktor, der ausgebildet ist, die Reibungskupplung zu betätigen, mit elektrischer Energie versorgt. Von dem Stator zu dem Rotor wird die Energie per Induktion übertragen.
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Dem aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen ist gemein, dass der Stator ein elektrisches Wechselfeld erzeugt. Dieses Wechselfeld induziert in einer auf dem Rotor fixierten Spule eine Spannung, mit welcher der Aktor betrieben wird. Dabei findet eine Übertragung von Energie aus dem elektrischen Wechselfels zu dem Stator statt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Getriebe unter Umgehung der den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen innewohnenden Nachteile verfügbar zu machen. Insbesondere sollen der benötigte Bauraum des Getriebes reduziert, dessen Gewicht gesenkt und die Herstellungskosten vermindert werden.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein erstes erfindungsgemäßes Getriebe nach Anspruch 1 und ein zweites erfindungsgemäßes Getriebe nach Anspruch 2. Die Erfindung basiert auf der Idee, die Energie, die zum Betrieb eines drehfest auf einer Welle fixierten Aktors erforderlich ist, aus der Drehbewegung der Welle zu gewinnen. Die gesonderte Bereitstellung elektrischer Energie für den Aktor entfällt somit. Damit lassen sich entsprechende Bauteile einsparen.
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Das erste erfindungsgemäße Getriebe weist mindestens eine Welle, mindestens einen elektrischen Aktor, mindestens eine elektrische Spule und mindestens eine elektrische Leitung auf. Die Welle liegt vorzugsweise im Drehmomentfluss des Getriebes. Dies bedeutet, dass es sich bei der Welle um eine der Komponenten handelt, die an der Übertragung eines von einer Eingangs- zu einer Ausgangswelle des Getriebes verlaufenden Drehmomentflusses beteiligt sind. Insbesondere verläuft der übertragenden Drehmomentfluss durch die Welle.
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Das Getriebe weist mindestens ein Mittel zur Erzeugung eines Magnetfeldes auf. Das Mittel zur Erzeugung des Magnetfelds ist vorzugsweise ortsfest angeordnet. Dazu kann das Mittel zur Erzeugung des Magnetfelds starr, d.h. ohne die Möglichkeit einer Relativbewegung, in einer ortsfesten Komponente, etwa in einem Getriebegehäuse, fixiert sein.
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Mindestens ein Teil des Aktors ist drehfest auf der Welle fixiert. Vorzugsweise ist der Aktor vollständig drehfest auf der Welle fixiert. Eine drehfeste Fixierung des Aktors oder mindestens eines Teils davon auf der Welle bedeutet, dass der Aktor oder der Teil davon relativ zu der Welle nicht verdreht werden kann. Eine Verdrehung der Welle zusammen mit dem Aktor oder dem Teil davon ist aber möglich. So ist die Spule zusammen mit der Welle relativ zu dem Mittel zur Erzeugung des Magnetfeldes drehbar. Insbesondere kann die Fixierung des Aktors oder des Teils davon auf der Welle starr ausgeführt sein. Bei einer starren Fixierung ist keinerlei Relativbewegung zwischen dem Aktor oder des Teils davon und der Welle möglich.
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Die elektrische Leitung ist ausgebildet, eine in der Spule induzierte Spannung zu dem Aktor zu übertragen. Die in der Spule induzierte Spannung kann insbesondere zu dem drehfesten auf der Welle fixierten Teil des Aktors übertragen werden. Die Übertragbarkeit der Spannung von der Spule zu dem Aktor geht einher mit der Übertragbarkeit elektrischer Energie von der Spule zu dem Aktor.
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Eine elektrische Leitung besteht gewöhnlich aus zwei Leitern. Im vorliegenden Fall verbindet ein erster Leiter der elektrischen Leitung vorzugsweise einen ersten Pol der Spule mit einem ersten Anschluss des Aktors, ein zweiter Leiter der elektrischen Leitung einen zweiten Pol der Spule mit einem zweiten Anschluss des Aktors.
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Erfindungsgemäß ist die Spule so angeordnet, dass eine Drehung der Welle mit einer Änderung des magnetischen Flusses des Magnetfeldes in der Spule einhergeht. Durch die Änderung des magnetischen Flusses in der Spule wird dort eine Spannung induziert, welche die elektrische Leitung zu dem Aktor überträgt.
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Da die Änderung des magnetischen Flusses in der Spule aufgrund der Drehung der Welle erfolgt, wird die zu dem Aktor übertragene Energie nicht dem Magnetfeld entnommen, sondern der Drehung der Welle. Mechanische Energie der Rotation der Welle wird also mittels der Spule per Induktion in elektrische Energie umgewandelt und zu dem Aktor übertragen.
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Ausreichend ist dabei ein Magnetfeld, das mindestens zeitweise, d.h. während mindestens eines Zeitinterwalls, ortsfest und statisch ist. Unter einem ortsfesten Magnetfeld ist ein Magnetfeld zu verstehen, dass keiner räumlichen Änderung relativ zu einer ortsfesten Referenz, etwa dem Getriebegehäuse, unterliegt. Als statisch gilt ein Magnetfeld mit einer konstanten, von 0 verschiedenen Feldstärke. Insbesondere kann das Magnetfeld in jedem Punkt des Feldes statisch sein.
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Bei dem Mittel zur Erzeugung des Magnetfeldes kann es sich um einen Permanent- oder einem Elektromagneten handeln. Einem E-Magneten muss zur Erzeugung des Magnetfeldes Hilfsenergie zugeführt werden. Allerdings bietet der Elektromagnet den Vorteil, dass er ein- und ausscheidbar ist. Im ausgeschalteten Zustand beträgt die Feldstärke des Magnetfeldes Null. In diesem Fall wird keine Spannung in der Spule induziert. Eine Induktion der Spannung erfolgt, wenn der Elektromagnet eingeschaltet ist.
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Bei Verwendung eines ein- und ausschaltbaren Elektromagneten ist das erzeugte Magnetfeld vorzugsweise über mindestens ein Zeitintervall vom Zeitpunkt des Einschaltens bis zum Zeitpunkt des Ausschaltens des Elektromagneten ortsfest und statisch.
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Ein zweites erfindungsgemäßes Getriebe entspricht weites gehend den ersten erfindungsgemäßen Getriebe.
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So weist das zweite Getriebe die Welle, den elektrischen Aktor, die elektrische Spule und das Mittel zur Erzeugung des Magnetfeldes des ersten Getriebes auf. Diesbezüglich gelten die obigen Ausführungen betreffend das erste Getriebe auch für das zweite Getriebe. Anstelle einer einfachen elektrischen Leitung ist das zweite Getriebe allerdings mit einer ersten elektrischen Leitung, einem elektrischen Energiespeicher und einer zweiten elektrischen Leitung versehen.
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Die erste elektrische Leitung ist ausgebildet, die in der Spule induzierte Spannung zu dem Energiespeicher zu übertragen. Mittels der zweiten elektrischen Leitung wiederum wird elektrische Spannung und damit elektrische Energie von dem Energiespeicher zu dem Aktor übertragen. Die per Induktion in der elektrischen Spule umgewandelte mechanische Energie aus der Drehbewegung der Welle wird also nicht, wie bei dem ersten Getriebe direkt zu dem Aktor übertragen, sondern zu dem Energiespeicher und dort zwischengespeichert. Dies ermöglicht es, den Aktor unabhängig von einer Rotation der Welle zu schalten.
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Der Aktor des ersten erfindungsgemäßen Getriebes und des zweiten erfindungsgemäßen Getriebes kann in einer bevorzugten Weiterbildung eine erste Endlage und eine zweite Endlage einnehmen. Eine Endlage bezeichnet eine Position des Aktors, in der eine Bewegung eines Aktors in genau eine Richtung möglich ist. Wenn der Aktor sich in der ersten Endlage befindet, kann er sich in Richtung der zweiten Endlage bewegen. Analog kann er sich in Richtung der ersten Endlage bewegen, wenn er sich in der zweiten Endlage befindet.
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Die zu dem Aktor übertragene Spannung bzw. elektrische Energie bewirkt weiterbildungsgemäß, dass der Aktor von der ersten Endlage in die zweite Endlage verfährt. Dabei wird ein als Energiespeicher dienendes Rückholelement, etwa einer Feder, mit Energie beaufschlagt. Der Energiespeicher, den das Rückholelement bildet, wird also geladen. Das Rückholelement ist ausgebildet, den Aktor mit Hilfe der gespeicherten Energie von der zweiten Endlage in die erste Endlage zu verfahren. Auf diese Weise erhält man einen monostabilen Aktor, der in der ersten Endlage verharrt, wenn über die Spule keine Energie zugeführt wird.
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Vorzugsweise ist das Getriebe so weitergebildet, dass sich der Aktor durch Ein- und Ausschalten des Mittels zur Erzeugung des Magnetfeldes zwischen der ersten Endlage und der zweiten Endlage verfahren lässt. Befindet sich der Aktor in der ersten Endlage und wird das Mittel zur Erzeugung des Magnetfeldes eingeschaltet, so dass durch die Drehung der Welle die Spannung in der Spule induziert wird, verfährt der Aktor in die zweite Endlage. Dort verharrt er, solange das Mittel zur Erzeugung des Magnetfeldes eingeschaltet bleibt und die Welle sich dreht. Wird das Mittel zur Erzeugung des Magnetfeldes ausgeschaltet, verfährt das Rückholelement den Aktor von der zweiten Endlage zurück in die erste Endlage.
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In einer bevorzugten Weiterbildung ist das Mittel zur Erzeugung des Magnetfeldes ausgebildet, ein Signal auf das Magnetfeld aufzumodulieren. Das Magnetfeld besteht also aus einem Träger mit einem aufmodulierten Nutzsignal. Der Träger dient dabei der Energieübertragung von der Welle zu dem Aktor. Bei dem Träger kann es sich um ein ortsfestes statisches, insbesondere über mindestens ein Zeitintervall ortsfestes und statisches Magnetfeld handeln. Auf der Welle ist vorzugsweise ein Demodulator angeordnet, der das Nutzsignal filtert. Der verbleibende Träger wird entweder in dem elektrischen Energiespeicher zwischengespeichert oder direkt zu dem Aktor übertragen. In dem Nutzsignal können etwa Schaltbefehle zur Ansteuerung des Aktors kodiert sein. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in 1 dargestellt. Im Einzelnen zeigt:
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1 einen Transversalfluss-Generator.
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Der in 1 dargestellte Transversalfluss-Generator 101 wird von einer Getriebewelle 103 angetrieben. Auf der Getriebewelle 103 ist ein in 1 nicht dargestellter Aktor fixiert, der über eine elektrische Leitung 105 mit elektrischer Energie gespeist wird.
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Der Transversallfluss-Generator 101 umfasst zwei Spulen – eine Generatorfeldwicklung 107 und eine Erregerfeldwicklung 109. Die Generatorfeldwicklung 107 ist mit einem Generatorjoch 111 gekoppelt, die Erregerfeldwicklung 109 entsprechend mit einem Erregerjoch 113.
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Die Generatorfeldwicklung 107 ist zusammen mit dem Generatorjoch 111 auf der Getriebewelle 103 fixiert. Eine Drehung der Getriebewelle 103 geht also mit einer Drehung der Generatorfeldwicklung 107 und des Generatorjochs 111 einher.
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Die Erregerfeldwicklung 109 und das Erregerjoch 113 sind ortsfest in einem Getriebegehäuse 115 fixiert.
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Um den Aktor Energie zuzuführen, wird die Erregerfeldwicklung 109 mit einer Spannung beaufschlagt, sodass ein Magnetfeld erzeugt wird. Die Generatorfeldwicklung 107 ist so angeordnet, dass sich der magnetische Fluss des Magnetfeldes in der Generatorfeldwicklung 107 bei einer Drehung der Getriebewelle 103 ändert. Hierdurch wird eine Spannung in der Generatorfeldwicklung 107 induziert. Diese Spannung überträgt die elektrische Leitung 105 zu dem Aktor.
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Bezugszeichenliste
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- 101
- Transversalfluss-Generator
- 103
- Getriebewelle
- 105
- elektrische Leitung
- 107
- Generatorfeldwicklung
- 109
- Erregerfeldwicklung
- 111
- Generatorjoch
- 113
- Erregerjoch
- 115
- Getriebegehäuse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012212259 A1 [0003]
- DE 102008000644 A1 [0004]
- DE 102011084585 A1 [0004]
- DE 102009002261 A1 [0004]
- DE 102006049275 A1 [0004]
