DE102018124225A1

DE102018124225A1 - Pumpenaktor für eine Kupplung und entsprechende Kupplung

Info

Publication number: DE102018124225A1
Application number: DE102018124225.5A
Authority: DE
Inventors: Eugen Kombowski; Christopher Schneider; Roshan Willeke; Matthias Ehrlich
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2018-04-10
Filing date: 2018-10-01
Publication date: 2019-10-10
Also published as: DE112019001858A5; FR3079975B1; WO2019196983A1; FR3079975A1

Abstract

Der erfindungsgemäße elektrische Pumpenaktor (1), insbesondere zur Betätigung einer Kupplung (2), insbesondere im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, umfassend einen Stator (3) und ein im Stator (3) um eine erste Welle (10) rotierbar gelagertes Bauteil (5), zeichnet sich dadurch aus, dass das Bauteil (5) radial außen in Bezug auf eine Achse (d) der ersten Welle (10) einen Rotor (6) umfasst und radial innerhalb des Rotors (6) einen Montageraum (7) aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrischen Pumpenaktor, bei dem über einen Elektromotor eine Pumpe betrieben wird, durch die ein hydraulischer Druck insbesondere zur Betätigung einer Kupplung aufgebaut wird. Weiterhin ist eine entsprechende Kupplung Gegenstand dieser Erfindung.
Elektrische Pumpenaktoren werden zur Betätigung von Kupplungen, insbesondere im Antriebsstrang von Kraftfahrzeugen, eingesetzt. Die Pumpenaktoren dienen zur Betätigung eines üblicherweise ringförmigen Arbeitszylinders, der konzentrisch um eine Welle herum ausgebildet ist. Die elektrischen Pumpenaktoren weisen dabei einen Elektromotor auf, der eine Pumpe antreibt, über die der Arbeitszylinder betätigt wird. Hierbei weist der Elektromotor üblicherweise einen Rotor auf, der gegenüber einem Stator auf einer Welle drehbar gelagert ist. In einer als bekannt angenommenen Anordnung sind dabei das oder die entsprechenden Lager axial beabstandet neben dem Rotor ausgebildet. Dies bewirkt bei einer bestimmten Anforderung an die Leistung beziehungsweise das Drehmoment des Elektromotors eine vergleichsweise große Ausdehnung des Elektromotors, die insbesondere bei Situationen mit kleinem zur Verfügung stehendem Bauraum nachteilig ist. Elektrische Pumpenaktoren können zur Betätigung von Kupplungen, Getriebestellern in einem Kupplungsgetriebe oder einem anderen Getriebe, beispielsweise einem CVT (Continuously Variable Transmission) oder einem Hybridgetriebe bestimmt und eingerichtet sein.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Probleme zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere einen elektrischen Pumpenaktor anzugeben, der möglichst Bauraumeffizient ausgelegt werden kann.
Diese Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängig formulierten Ansprüchen angegeben. Die in den abhängig formulierten Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Ansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.
Der erfindungsgemäße elektrische Pumpenaktor, insbesondere zur Betätigung einer Kupplung, insbesondere im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, umfassend einen Stator und ein im Stator um eine erste Welle rotierbar gelagertes Bauteil, zeichnet sich dadurch aus, dass das Bauteil radial außen in Bezug auf eine Achse der ersten Welle einen Rotor umfasst und radial innerhalb des Rotors einen Montageraum aufweist.
Der elektrische Pumpenaktor kann insbesondere zur Verwendung in einem Kupplungsgetriebe für ein Kraftfahrzeug bestimmt und eingerichtet sein. Der elektrische Pumpenaktor kann zur Betätigung von Kupplungen, Getriebestellern in einem Kupplungsgetriebe oder einem anderen Getriebe, beispielsweise einem CVT (Continuously Variable Transmission) oder einem Hybridgetriebe bestimmt und eingerichtet sein. Dabei kann der elektrische Pumpenaktor insbesondere zum Pumpen eines Arbeitsfluids mit einer Pumpe verwendet werden, insbesondere zur Betätigung eines Arbeitszylinders zur Betätigung der Kupplung, also zum Ein- und/oder Ausrücken der Kupplung. Der elektrische Pumpenaktor umfasst vorzugsweise zumindest einen Stator und einen Rotor. Stator und Rotor sind relativ zueinander rotierbar. Der Stator ist vorzugsweise fest gehalten, beispielsweise an einer Deckelung eines Kupplungsgetriebes. Stator und Rotor sind vorzugsweise derart mit magnetischen Materialien ausgebildet und/oder mit elektrischen Spulen versehen, dass der Rotor nach Art eines Elektromotors gegen den Stator angetrieben verdreht werden kann.
Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass für die Funktion des Elektromotors der Rotor nicht in radialer Richtung durchgehend ausgebildet werden muss, sondern dass ein zylinderschalenförmiger Aufbau des Rotors ausreichend ist, um die Funktion des Elektromotors zu erfüllen. Beispielsweise ist so der Rotor, statt vollständig mit den üblichen Lagen aus Elektroblech gefüllt zu werden, als ein schalenartiger Rotor - also eine im Bauteil radial außen ausgebildete Packung von Elektroblech(en) - auszubilden. Unter dem Begriff Elektroblech werden insbesondere aus einer Eisen-Silizium-Legierung bestehende Bleche verstanden, die möglichst isotrope magnetische Eigenschaften haben (so genannte nicht kornorientierte Elektro- oder Motorenbleche).
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung entsteht ein Montageraum im Inneren des Rotors, der für die Ausbildung anderer Bauteile des elektrischen Pumpenaktors zur Verfügung steht, insbesondere für die Ausbildung des oder der Lager, wie im Folgenden diskutiert werden wird. Jedoch kann der Montageraum auch andere Bauteile des Aktors aufnehmen. Insgesamt erlaubt die hier vorgestellte Lösung den Aufbau eines kompakt bauenden elektrischen Pumpenaktors, der insbesondere auch zur Betätigung von Kupplungen im Antriebsstrang von Kraftfahrzeugen eingesetzt werden kann.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst der Rotor eine kranzförmige Anordnung (ein Blechpaket) von Blechen.
Beim kranzförmigen Aufbau eines Blechpakets aus Blechen, insbesondere aus Elektroblechen, kann auf einfache Art und Weise ein schalenartiger Rotor ausgebildet werden, der es erlaubt, den Montageraum im Inneren des Bauteils für andere Elemente freizuhalten. Insbesondere sind die Bleche als Pakete oder Stapel ausgebildet.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist innerhalb des Montageraums mindestens eine erste Welle und auf dieser ersten Welle mindestens ein Lager zur Lagerung des Rotors ausgebildet.
So kann eine einfache und bauraumoptimierte Ausgestaltung eines Lagers und damit ein kompaktbauender elektrischer Pumpenaktor ausgebildet werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Bauteil in axialer Richtung durch einen Deckel begrenzt, der mit der in das Bauteil reichenden ersten Welle verbunden ist.
Die erste Welle kann dabei mit dem Deckel insbesondere stoffschlüssig mit der ersten Welle verbunden oder einstückig mit dem Deckel ausgebildet sein. Die Deckel kann dabei als Deckel des Bauteils ausgebildet werden, der beispielsweise durch eine Schnappverbindung formschlüssig mit einem zylindrischen Deckel des Bauteils verbunden wird. Alternativ kann der Deckel stoffschlüssig mit dem Deckel verbunden werden, insbesondere verklebt werden. Weiterhin ist besonders bevorzugt, wenn der Deckel radial innen in Bezug auf den Rotor ausgebildet ist insbesondere kraftschlüssig oder stoffschlüssig mit dem Rotor verbunden ist. Die erste Welle ist dabei insbesondere die Welle, auf der der Rotor beziehungsweise das Bauteil gelagert wird. Durch einen einteiligen Ausbau von Deckel und erster Welle ist eine einfache Montage des elektrischen Pumpenaktors möglich.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Deckel weiterhin mit einer vom Bauteil wegweisenden zweite Welle über eine Kupplung verbunden oder weist ein erstes Kupplungselement auf.
Somit ist es möglich, durch die zweite Welle im Elektromotor erzeugtes Drehmoment zu übertragen, insbesondere auf die Pumpe des elektrischen Pumpenaktors. Als Kupplung kann dabei bevorzugt eine Klauenkupplung oder eine Oldham-Kupplung ausgebildet sein. Hierzu weist der Deckel ein enstprechendes erstes Kupplungselement auf, welches mit der Kupplung entsprechend zusammenwirkt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die erste Welle eine Aufnahme zur Aufnahme eines Rotorlagemagneten auf. Bevorzugt ist die Aufnahme axial endseitig entgegengesetzt zum Deckel und radial zentral in der ersten Welle ausgebildet. So kann auf einfache Art ein Rotorlagemagnet zur Detektion der rotatorischen Position der ersten Welle realisiert werden.
Weiterhin wird eine Kupplung vorgeschlagen, insbesondere zur Ausbildung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, mit mindestens einem elektrischen Pumpenaktor wie hier beschrieben zur Betätigung der Kupplung, also zum Ein- und/oder Ausrücken der Kupplung. Weiterhin wird ein Kraftfahrzeug beschrieben mit einer entsprechenden Kupplung im Antriebsstrang.
Vorsorglich sei angemerkt, dass die hier verwendeten Zahlwörter („erste“, „zweite“, ...) vorrangig (nur) zur Unterscheidung von mehreren gleichartigen Gegenständen, Größen oder Prozessen dienen, also insbesondere keine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge dieser Gegenstände, Größen oder Prozesse zueinander zwingend vorgeben. Sollte eine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge erforderlich sein, ist dies hier explizit angegeben oder es ergibt sich offensichtlich für den Fachmann beim Studium der konkret beschriebenen Ausgestaltung.
Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die gezeigten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung und/oder Figuren zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Gegenstände, so dass ggf. Erläuterungen aus anderen Figuren ergänzend herangezogen werden können. Es zeigen:

1: ein erstes Beispiel eines elektrischen Pumpenaktors;
2: einen Ausschnitt eines Bauteils für einen elektrischen Pumpenaktor im teilmontierten Zustand;
3 bis 5: drei perspektivische Ansichten eines ersten Beispiels eines Deckels zur Montage in einem elektrischen Pumpenaktor;
6: ein zweites Beispiel eines elektrischen Pumpenaktors;
7: eine Kupplung mit einem elektrischen Pumpenaktor;
8 ein Beispiel eines Kupplungselementes; und
9 einen Ausschnitt eines dritten Beispiels eines elektrischen Pumpenaktors.

In der Beschreibung der Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt ein erstes Beispiel eines elektrischen Pumpenaktors (EPA) 1 im Querschnitt. Dieser dient zur Betätigung einer Kupplung, insbesondere im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges. Der EPA 1 umfasst einen Elektromotor 19 umfassend einen Stator 3 und ein im Stator 3 mit einer ersten Welle 10 rotierbar gelagertes Bauteil 5. Das Bauteil 5 umfasst radial außen in Bezug auf die erste Welle 10 einen Rotor 6 und radial innerhalb des Rotors 6 einen Montageraum 7. Der Rotor 6 umfasst eine Anordnung 8 von Magneten 9. Radial innen zu dieser Anordnung 8 ist eine kranzförmige Anordnung oder Blechpaket 21 von Blechen 18 ausgebildet. Die Bleche 18 sind dabei Elektrobleche, die zu entsprechenden Paketen zusammengefasst werden.
Innerhalb des Montageraums 7 ist mindestens die erste Welle 10 und auf dieser ersten Welle 10 in diesem Beispiel ein Lager 11 zur Lagerung des Rotors 6 ausgebildet. Das Lager 11 ist in diesem Beispiel ein zweireihiges Schrägkugellager. Das Bauteil 5 ist in axialer Richtung 4 einseitig durch einen Deckel15 begrenzt, der mit der in das Bauteil 5 reichenden ersten Welle 10 verbunden ist. Die erste Welle 10 ist hierbei einstückig mit dem Deckel 15 ausgebildet, insbesondere ist die erste Welle 10 an den Deckel 15 angeformt. An der der ersten Welle 10 gegenüberliegenden Seite des Deckel 15 ist ein erstes Kupplungselement 13 angeformt, das über ein mit dem ersten Kupplungselement 13 zusammenwirkendes zweites Kupplungselement 16 mit einer zweiten Welle 12 verbunden ist. Die zweite Welle 12 weist also von der ersten Welle 10 weg. Die Kupplungselemente 13, 16 dienen dabei der Übertragung des durch den Elektromotor 19 erzeugten Drehmomentes auf die zweite Welle 12 und darüber auf ein angetriebenes Bauteil wie hier die nicht gezeigte Pumpe des EPA 1. Über einen Anschluss 20 ist der Stator 3 mit einer elektrischen Spannung versorgt. Ferner weist die Welle 10 eine Aufnahme 24 für einen Rotorlagemagneten 25 auf, über den die rotatorische Lage des Rotors 6 detektierbar ist. Das erste Kupplungselement 13 und das zweite Kupplungselement 16 bilden eine Kupplung 26, in diesem Falle eine Klauenkupplung, über die Drehmoment auf die zweite Welle 12 übertragbar ist.
2 zeigt schematisch ein teilmontiertes Bauteil 5 mit einem Deckel 15 und den Magneten 9 zur Bildung des Rotors 6. Diese sitzen radial außen im Bauteil 5. Der Deckel 15 ist dabei mit einer einstückig ausgebildeten ersten Welle 10 ausgebildet, die zentral in das Innere des Bauteils 5 ragt. Ein erstes Kupplungselement 13 zur Kupplung mit einer zweite Welle 12 ist dabei so ausgebildet, dass diese von der ersten Welle 10 weg weist. Das Bauteil 5 weist weiterhin ein Blechpaket 21 aus Blechen 18 auf, das eine Vielzahl von Aussparungen 17 aufweist, die gleichmäßig über den Umfang des Bauteils 5 verteilt sind und die als Montagelöcher dienen. Radial außen ist das Bauteil 5 von zwei zylinderförmigen Hüllen 22 begrenzt. Der Montageraum 7 ist also vom Blechpaket 21 und von dem Deckel 15 begrenzt. Die Magnete 9 sind zwischen dem innenliegenden Blechpaket 21 und den Hüllen 22 ausgebildet.
Die 3 bis 5 zeigen verschiedene perspektivische Ansichten des Deckels 15 mit erster Welle 10, ersten Kupplungselement 13 und einer Schürze 23, die der Verbindung mit dem Rotor 6 beziehungsweise dem Blechpaket 21 dienen. Die Verbindung ist dabei bevorzugt kraftschlüssig, insbesondere als Klemmverbindung durch Ausbildung einer leicht konischen Schürze 23 oder stoffschlüssig, insbesondere durch Kleben oder Schweißen, ausgeführt.
6 zeigt ein zweites Beispiel eines EPA 1. Es wird auf die obige Beschreibung zum ersten Beispiel verwiesen, so dass hier lediglich die Unterschiede aufgezeigt werden. Im Unterschied zum ersten Beispiel weist dieses Beispiel zwei Lager 29 auf, die axial voneinander beabstandet sind.
7 zeigt sehr schematisch eine Kupplung 2, die einen EPA 1 zur Betätigung der Kupplung, insbesondere zur Durchführung einer axialen Verlagerung von Reibelementen aufweist.
8 zeigt schematisch ein zweites Kupplungselement 16 mit ersten Ausnehmungen 27 zur Aufnahme des entsprechenden ersten Kupplungselementes 13 und zweiten Ausnehmungen zur Aufnahme der zweiten Welle 12. Ein solches zweites Kupplungselement 16 stellte eine so genannte Oldham Kupplung dar.
9 zeigt schematisch einen Ausschnitt eines dritten Beispiels eines EPA 1. Es wird auf die obige Beschreibung zum ersten Beispiel verwiesen, so dass hier lediglich die Unterschiede aufgezeigt werden. Im Unterschied zum ersten Beispiel weist dieses Beispiel eine Oldham-Kupplung auf. Über das als Oldham Kupplung ausgebildete zweite Kupplungselement 16 wie in 8 gezeigt ist die erste Welle 10 mittels der ersten Kupplungselemente 13 mit der zweiten Welle 12 verbunden.
Bezugszeichenliste

1: Elektrischer Pumpenaktor
2: Kupplung
3: Stator
4: Axiale Richtung
5: Bauteil
6: Rotor
7: Montageraum
8: Anordnung
9: Magnet
10: Erste Welle
11: Lager
12: Zweite Welle
13: erstes Kupplungselement
14: Verbindungsmittel
15: Deckel
16: zweites Kupplungselement
17: Aussparung
18: Blech
19: Elektromotor
20: Anschluss
21: Blechpaket
22: Hülle
23: Schürze
24: Aufnahme
25: Rotorlagemagnet
26: Kupplung
27: erste Ausnehmung
28: zweite Ausnehmung
29: Lager
d: Achse

Claims

Elektrischer Pumpenaktor (1), insbesondere zur Betätigung einer Kupplung (2), insbesondere im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, umfassend einen Stator (3) und ein im Stator (3) mit einer ersten Welle (10) rotierbar gelagertes Bauteil (5), dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (5) radial außen in Bezug auf eine Achse (d) der ersten Welle (10) einen Rotor (6) umfasst und radial innerhalb des Rotors (6) einen Montageraum (7) aufweist.
Elektrischer Pumpenaktor (1) nach Anspruch 1, bei dem der Rotor (6) ein Blechpaket (21) von Blechen (18) umfasst.
Elektrischer Pumpenaktor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem innerhalb des Montageraums (7) mindestens eine erste Welle (10) und auf dieser ersten Welle (10) mindestens ein Lager (11) zur Lagerung des Rotors (6) ausgebildet ist.
Elektrischer Pumpenaktor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Bauteil (5) in axialer Richtung (4) durch einen Deckel (15) begrenzt ist, der mit der in das Bauteil (5) reichenden ersten Welle (10) verbunden ist.
Elektrischer Pumpenaktor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Deckel (15) mit einer vom Bauteil (5) wegweisenden zweite Welle (12) über eine Kupplung (26) verbunden ist oder ein erstes Kupplungselement (13) aufweist.
Elektrischer Pumpenaktor (1) nach Anspruch 5, bei dem die zweite Welle (12) oder die Wellenaufnahme (13) Verbindungsmittel (16) zur Herstellung einer drehmomentübertragenden Verbindung aufweist.
Elektrischer Pumpenaktor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die erste Welle (10) eine Aufnahme (24) zur Aufnahme eines Rotorlagemagneten (25) aufweist.
Kupplung (2), insbesondere zur Ausbildung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, mit mindestens einem elektrischen Pumpenaktor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Betätigung der Kupplung (2).