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Die Erfindung betrifft einen Aktuator zum Betätigen einer Schaltgabel eines mehrstufigen Getriebes, umfassend eine Abtriebswelle, eine koaxial zur Abtriebswelle angeordnete Antriebswelle, ein Planetengetriebe, welches die Antriebswelle mit der Abtriebswelle zur Drehmomentübertragung koppelt, ein mittels eines Verbindungselements mit der Abtriebswelle drehfest verbundenes Sensorelement und ein Sensor zur Detektion des Sensorelements zur Ermittlung einer Winkeländerung der Abtriebswelle.
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In einem mehrstufigen Getriebe in einem Kraftfahrzeug werden zum Schalten von Gangstufen Schaltelemente ein- bzw. ausgelegt. Die Schaltelemente werden mittels Schaltgabeln betätigt. Zur Bewegung der Schaltgabeln werden Aktuatoren verwendet. Die Aktuatoren sind über Zahnstangen und Ritzel mit den Schaltgabeln verbunden. So kann eine Rotationsbewegung der Abtriebswelle eines Aktuators in eine Translationsbewegung einer Schaltgabel umgewandelt werden. Aus der
DE 10 2008 031 815 A1 ist bekannt, Schaltgabeln mittels Zahnstange, Ritzel, Übersetzung und Elektromotor zu verstellen.
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Die ausgeführte Schaltbewegung wird mittels Sensoren und Sensorelementen überwacht, d. h. dass beispielsweise ein Winkelsensor die Winkeländerung der Abtriebswelle des Aktuators erfasst. Um die Rotation der Abtriebswelle erfassen zu können, kann die Abtriebswelle beispielsweise mit einem Magneten versehen sein, der über sein Magnetfeld dem Sensor auswertbare Eingangsgrößen zur Verfügung stellt. Dreht sich die Abtriebswelle mit dem Magneten, so ändert sich sein Magnetfeld. Diese Änderung wiederum wird vom Sensor erfasst. Mittels einer mit dem Sensor signaltechnisch gekoppelten Auswerteeinheit kann somit auf eine Winkeländerung der Abtriebswelle geschlossen werden. So ist beispielsweise aus der
EP1589638A1 bekannt, im Getriebe bei einem Aktuator mit elektrischem Motor einen Magneten drehfest mit der Ausgangswelle zu verbinden und mittels des Sensors den Drehwinkel der Ausgangswelle zu erfassen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Aktuator für ein mehrstufiges automatisiertes Getriebe bereitzustellen. Insbesondere soll ein Aktuator bereitgestellt werden, der leicht und kompakt baut und zudem kostengünstig herstellbar ist.
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass die Antriebswelle als eine Hohlwelle ausgebildet ist und dass das Verbindungselement durch die Hohlwelle geführt ist. Das Verbindungselement ist vorzugsweise als ein Stift mit einem ersten axialen Ende und einem zweiten axialen Ende ausgebildet. An dem ersten axialen Ende kann das Sensorelement, beispielsweise ein Magnet, angeordnet sein. An dem zweiten axialen Ende kann der Stift mit der Abtriebswelle verbunden sein. Bevorzugt ist es, wenn der Aktuator eine axiale Anordnung von Sensor, Sensorelement und Abtriebswelle in einer Reihenfolge Sensor, Sensorelement, Abtriebswelle aufweist, wobei das Sensorelement mittels des Stiftes drehfest mit der Abtriebswelle verbunden ist und der Sensor in einem Sensordeckel angeordnet ist. Der Magnet kann zudem beispielsweise an dem ersten Ende des Stiftes mit einem Magnethalter kraft-, form- oder stoffschlüssig verbunden sein. Der Magnethalter wiederum kann beispielsweise mit einem Gewindestift mit dem Stift verbunden sein. Denkbar ist auch eine form- oder stoffschlüssige Verbindung.
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Mittels der Ausbildung der Antriebswelle als Hohlwelle und der Durchführung des Stiftes, kann der Aktuator unter Beibehaltung der koaxialen Anordnung von Antriebs- und Abtriebswelle in seiner axialen Länge noch weiter verkürzt werden.
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Es hat sich zudem herausgestellt, dass eine Anzahl elektrischer Kabel und damit auch eine Anzahl elektrischer Steckanschlüsse auf eine Anzahl von zwei reduziert werden konnte, da eine Führung eines Sensorkabels außerhalb eines Aktuatorgehäuses erfindungsgemäß nicht mehr erforderlich ist. Damit konnte zugleich das Risiko eines Kabelbruchs oder dergleichen oder auch eine Beschädigung durch Chemikalien, wie beispielsweise Öl, Bremsflüssigkeit, Reiniger u. ä., eliminiert werden. Durch den Wegfall der äußeren Sensorkabelführung vermindert sich zudem ein Dichtungsaufwand.
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Darüber hinaus ist es bevorzugt, dass die Antriebswelle das Sonnenrad des Planetengetriebes bildet, wodurch sich der Aktuator noch kompakter und leichter bauen lässt.
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Besonders bevorzugt ist es, dass die Antriebswelle des Aktuators elektromotorisch antreibbar ist.
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Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Anordnung einer Schalteinheit mit einem erfin dungsgemäßen Aktuator;
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2 den erfindungsgemäßen Aktuator aus 1 in einer Schnittdarstellung;
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3 den erfindungsgemäßen Aktuator aus 1 und 2 in einer bevorzugten Ausführungsform;
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4 den erfindungsgemäßen Aktuator der 3 in einer Explosionsansicht;
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5 einen Aktuatordeckel mit Sensor in einer perspektivischen Ansicht;
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6 ein Sensorelement des erfindungsgemäßen Aktuators in einer Explosionsansicht;
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7 eine Baugruppe Antriebseinheit des erfindungsgemäßen Aktuators der 3 in einer Explosionsansicht; und
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8 eine Baugruppe Abtriebseinheit des erfindungsgemäßen Aktuators der 3 in einer Explosionsansicht.
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1 zeigt einen Ausschnitt einer beispielhaften Schalteinheit für ein mehrstufiges automatisiertes Hybridfahrzeuggetriebe mit vier erfindungsgemäßen Aktuatoren 100, die jeweils einer Schaltgabel 200 zugeordnet sind. Der jeweilige Aktuator 100 weist eine Abtriebswelle 165 auf, die jeweils mit einer Zahnstange 250 der jeweiligen Schaltgabel 200 kämmt. Die jeweilige Schaltgabel 200 ist jeweils zwei Vorwärtsgangstufen zugeordnet, so dass sich acht Vorwärtsgangstufen realisieren lassen. Ein Rückwärtsgang wird mittels einer nichtdargestellten E-Maschine realisiert. Ein Schalten einer Gangstufe erfolgt in an sich bekannter Art und Weise: Zum Ein- und/oder Auslegen einer Gangstufe wird ein entsprechender Aktuator 100 betätigt, der die zugehörige Abtriebswelle 165 in eine zwei Drehrichtungen antreibt und damit die mit der Abtriebswelle 165 kämmende Zahnradstange 250 translatorisch bewegt, d. h. dass die Schaltgabel 200 in eine von zwei Richtungen geradlinig verschoben wird. Üblicherweise erfolgt die Verschiebung quer zur Abtriebswelle. Hierdurch bewegt die Schaltgabel 200 in Abhängigkeit der Drehrichtung ein jeweils zugeordnetes nichtdargestelltes Schaltelement in eine von zwei Richtungen. Die Rotation der Abtriebswelle 165 wird mittels eines nichtdargestellten Sensors 121 überwacht.
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2 zeigt im Detail den erfindungsgemäßen Aktuator 100. Zum Antreiben der Abtriebswelle 165 weist der Aktuator 100 eine Antriebseinheit 140 auf. Die Antriebseinheit 140 umfasst einen Elektromotor mit einem Stator 142 und einem Rotor 143 und eine Antriebswelle 145 auf, wobei der Rotor 143 mit der als Hohlwelle ausgebildeten Antriebswelle 145 verbunden ist. Ein Planetengetriebe 162 koppelt die Antriebswelle 145 mit der Abtriebswelle 165 zur Drehmomentübertragung.
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Zur Überwachung der Abtriebswelle 165, d. h. zur Erfassung der Winkeländerung der Abtriebswelle 165, ist in einem Deckel 122 der Sensor 121 und an einem mit der Abtriebswelle 165 verbundenen Stift 163 an einem ersten axialen Ende des Stifts 163 ein als Magnet ausgebildetes Sensorelement 131 angeordnet. Zwischen dem Sensor 121 und dem axial benachbarten Magnet 131 besteht ein Luftspiel von ca. 2 mm. Es können aber auch andere Luftspiele denkbar sein. An einem dem ersten Ende axial gegenüberliegenden zweiten Ende des Stifts 163 ist der Stift 163 mit der Abtriebswelle 165 drehfest verbunden, d. h., dreht die Abtriebswelle 165, so dreht der Stift 163. Durch die Drehung des Stifts 163 dreht sich der Magnet 131, wodurch sich eine Magnetfeldänderung einstellt. Diese Magnetfeldänderung wird vom Sensor 121 erfasst und liefert dem Sensor 121 Eingangsgrößen zur Bestimmung der Winkeländerung der Abtriebswelle 165, auf die im Rahmen dieser Erfindung nicht näher eingegangen werden soll. Gut zu erkennen ist, wie der Stift 163 durch eine Bohrung 145A der Antriebswelle 145 geführt ist. Der Magnet ist sozusagen – im Gegensatz zum Stand der Technik – durch das Getriebe 162 geführt.
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Der Aktuator 100 weist weiterhin elektrische Schnittstellen in Form zweier Steckanschlüsse 147 auf, mit denen der Aktuator 100 mit einem Getriebekabelbaum signaltechnisch verbunden werden kann. Der Aktuator 100 kommt aufgrund der Führung des Magneten 131 durch das Getriebe 162 und der Anordnung des Sensors 121 im Deckel 122 mit insgesamt zwei Steckanschlüssen 147 aus.
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Das Planetengetriebe 162 weist eine an sich bekannte Bauform mit einem Sonnenrad und mehreren Planetenrädern auf. 3 zeigt eine erste bevorzugte Ausführungsform, in der die Antriebswelle 145 zugleich das Sonnenrad des Planetengetriebes 162 bildet. Durch die Bohrung 145A der Antriebswelle 145 wird der nichtdargestellte Stift 163 geführt.
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4 zeigt die Baugruppe Deckel 120 mit dem Deckel 122 und dem an dem Deckel 122 angeordneten Sensor 121.
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5 zeigt die Baugruppe Sensorelement 130 mit einem als Magnethalter ausgebildeten Sensorelementhalter 132, den Magneten 131 und einem als Gewindestift ausgebildeten Verbindungselement 133. Der Magnethalter 132 nimmt den Magneten 131 auf und ist mit ihm kraft-, form- oder stoffschlüssig verbunden. Der Gewindestift 133 verbindet die Baugruppe Sensorelement 130 mit dem Stift 163.
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In der 6 ist dargestellt, wie mittels vier als Schrauben ausgebildete Verbindungselemente 110 die Baugruppen Deckel 120, Antrieb 140 und Abtrieb 160 miteinander verbunden werden können und wie mittels als Schrauben ausgebildete Verbindungselemente 150 der Aktuator 100 an ein nichtdargestelltes Getriebegehäuse montiert werden kann. Eine Dichtung 170 kann eine gemeinsame Fläche zwischen Aktuator 100 und dem Getriebegehäuse abdichten.
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7 zeigt die Baugruppe Antrieb 140 im Detail. Zwischen Antriebswelle 145 und Rotor 143 ist ein Kugellager 144 zu erkennen, das die Baugruppe Sensorelement 130 zur Antriebswelle 145 lagert. Die Antriebswelle 145 ist mittels eines Kugellagers 149 in einem Baugruppe-Antrieb-Gehäuse 148 gelagert. Gut zu erkennen ist, dass insgesamt nur zwei elektrische Steckanschlüsse 147 vorgesehen sind, welche mittels als Schrauben ausgebildete Verbindungselemente 148 an dem Baugruppe-Antrieb-Gehäuse 148 fixiert werden. Eine Dichtung 141 dichtet das Baugruppe-Antrieb-Gehäuse 148 gegen die Baugruppe Deckel 120 ab. Mittels zweier Scheiben 149A wird zwischen dem Lager 149 und einem Sicherungsring 149B ein axialer Abstand erzeugt. Der Sicherungsring 149B hält das Lager 149 und die Scheiben 149A im Gehäuse 148. Ein Sicherungsring 149C hält die Antriebswelle 145 auf dem Lager 149.
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8 zeigt die Baugruppe Abtrieb 160 im Detail. Die Abtriebswelle 165 ist mittels zweier Kugellager 166, 169 in einem Baugruppe-Abtrieb-Gehäuse 167 gelagert. Das Planetengetriebe 162 ist mittels vier als Schrauben ausgebildete Verbindungselemente 168 mit dem Gehäuse 167 verbunden. Mittels einer Scheibe 169A wird zwischen dem Kugellager 169 und einem Sicherungsring 169B ein axialer Abstand gewährleistet. Der Sicherungsring 169B sichert das Lager 169 und die Scheibe 169A im Gehäuse 167.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Aktuator
- 110
- Verbindungselement, Schraube
- 120
- Baugruppe Deckel
- 121
- Sensor
- 122
- Deckel
- 130
- Baugruppe Sensorelement, Sensorelementeinheit
- 131
- Sensorelement, Magnet
- 132
- Sensorelementhalter, Magnethalter
- 133
- Verbindungselement, Gewindestift
- 140
- Baugruppe Antrieb, Antriebseinheit
- 141
- Dichtungselement
- 142
- Stator
- 143
- Rotor
- 144
- Lagerelement, Kugellager
- 145
- Antriebswelle
- 145A
- Bohrung
- 146
- Gehäuse Baugruppe Antrieb
- 147
- elektrische Schnittstelle, Steckanschluss
- 148
- Verbindungselement, Schraube
- 149
- Lagerelement, Kugellager
- 149A
- Scheibe
- 149B
- Sicherungsring
- 149C
- Sicherungsring
- 150
- Verbindungselement, Schrauben
- 160
- Baugruppe Abtrieb, Abtriebseinheit
- 161
- Dichtungselement, O-Ring
- 162
- Planetengetriebe
- 163
- Verbindungselement, Stift
- 164
- Verbindungselement, Gewindestift
- 165
- Abtriebswelle
- 166
- Lagerelement, Kugellager
- 167
- Gehäuse Baugruppe Abtrieb
- 168
- Verbindungselement, Schraube
- 169
- Lagerelement, Kugellager
- 169A
- Scheibe
- 169B
- Sicherungsring
- 170
- Dichtungselement
- 200
- Schaltgabel
- 250
- Zahnstange
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008031815 A1 [0002]
- EP 1589638 A1 [0003]
