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Die Erfindung betrifft ein Getriebemodul mit einem Elektromotor für den Antrieb eines Stellelements im Getriebe, wobei das Stellelement über ein Untersetzungsgetriebe mit dem Elektromotor verbunden ist
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Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Montieren eines Getriebemoduls.
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Stand der Technik
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Schaltstellglieder und insbesondere Elektromotorstellglieder zur Steuerung eines Gangschaltmechanismus eines automatischen Getriebesystems eines Motorfahrzeuges sind bekannt.
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Elektromotorstellglieder, die zur Steuerung der Gangschaltmechanismen automatischer Getriebesysteme verwendet werden, verwenden beispielsweise einen Schnecken-und Schneckenradantriebsmechanismus, zur Verringerung eines hohen Übersetzungsverhältnisses, wie zum Beispiel in
GB2325036A offenbart ist, um den Antrieb des Elektromotors bei hoher Drehzahl und relativ geringem Drehmoment in ein relativ hohes Drehmoment bei geringer Drehzahl umzusetzen, das zur Betätigung eines Gangschaltmechanismus erforderlich ist. Für gewöhnlich sind die Antriebsverhältnisse solcher Mechanismen in der Größenordnung von 40 : 1 bis 60 : 1.
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Diese Schneckenradantriebe haben den Nachteil, dass sie relativ groß sind und Schwierigkeiten in Bezug auf Einbaueinschränkungen bereiten, die bei automatischen Getriebesystemen für Motorfahrzeuge vorliegen.
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Diese Getriebe weisen als Antrieb einen Elektromotor auf, der außerhalb des Getriebes angeordnet ist und mittels Zahnradstufen die Schaltwalze zum Gangwechsel antreibt. Dieser Bauraumbedarf erhöht sich noch, wenn mittels zweier oder mehrerer sogenannter Schaltwalzen beispielsweise auch Kupplungen von Getrieben betätigt werden sollen. Diese Betätigung ist beispielsweise bei Doppelkupplungsgetrieben oder Lastschaltgetrieben mit Lastschaltkupplungen vorteilhaft.
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US6893371 B2 verwendet einen Antrieb mit hohem Übersetzungsverhältnis in einer konzentrischen Konstruktion mit einer Schalttrommel, um ein kompaktes Elektromotor-Schaltstellglied bereitzustellen. In dem Stellglied sind der Elektromotor und der Oberwellenantriebsmechanismus koaxial innerhalb der Schalttrommel angeordnet, wodurch ein kompaktes Stellglied entlang einer zentralen Achse entsteht.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung ein Getriebemodul mit Elektromotor und Stellglied bereitzustellen, das wenig Bauraum einnimmt und einfach und kostengünstig aufgebaut ist.
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Beschreibung der Erfindung
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Die Aufgabe wird gelöst mit einem Getriebemodul mit einem Elektromotor für den Antrieb eines Stellelements in einem Gehäuse, wobei das Stellelement über ein Untersetzungsgetriebe mit dem Elektromotor verbunden ist, wobei der Elektromotor mit einer Welle das Untersetzungsgetriebe und der Abtrieb des Untersetzungsgetriebes das Stellelement antreibt, wobei die Welle des Elektromotors einseitig am Gehäuse drehbar gelagert ist.
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Durch den einfachen Aufbau wird Bauraum eingespart und die Montage vereinfacht.
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Dabei ist von Vorteil, dass die Welle des Elektromotors einseitig am Gehäuse des Getriebes drehbar gelagert ist. Dadurch entfällt eine mechanische Lagerung des Rotors im Gehäuse des Elektromotors.
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Vorteilhafterweise ist der Elektromotor auf einer Seite des Gehäuses angeordnet und das Untersetzungsgetriebe auf der anderen Seite des Gehäuses, sodass die Montage vereinfacht ist.
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Es ist von Vorteil, dass der Elektromotor auf einer Seite des Gehäuses des Getriebes angeordnet ist und das Untersetzungsgetriebe zur Anbindung eines Stellelements auf der anderen Seite des Gehäuses. Durch die Aufteilung der Komponenten des Getriebemoduls auf zwei Seiten des Gehäuses ist es möglich die Montage zu vereinfachen und vorgefertigte Baugruppen einfach zusammenzusetzen.
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Vorteilhafterweise ist der Elektromotor ein BLDC Motor, dessen Rotor von einem glockenförmigen Gehäusedeckel umgeben ist, der den Stator enthält oder trägt.
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Vorteilhafterweise ist der Elektromotor ein BLDC Motor, dessen Rotor von einem Gehäusedeckel umgeben ist, der den Stator enthält oder trägt. Das Magnetfeld im Stator/Rotor Luftspalt ist das Kupplungselement zwischen den zwei mechanischen Einheiten, wodurch gröbere Toleranzen zwischen Motor und Getriebeachse im Vergleich zu bekannten Designs möglich werden.
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Bevorzugt wird eine Ausführungsform verwendet, bei der der Gehäusedeckel als Spritzgussteil mindestens den Stator umschließt. Durch die Umspritzung des Stators entfallen Wellendichtungen, so dass der Elektromotor auch von innen mit Öl gekühlt werden kann.
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Als besonders bevorzugte Ausführung ist das Untersetzungsgetriebe ein Exzentergetriebe mindestens mit einem Exzenter, einer Zahnscheibe, Bolzen und einem Hohlrad. Ein solches Exzentergetriebe kann besonders platzsparend verbaut werden.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform ist im Getriebe die Anbindung einer Schaltwalze
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Die Aufgabe wird weiterhin gelöst mit einem Verfahren zum Montieren eines Getriebemoduls, wobei ein Untersetzungsgetriebe und eine Welle mit Rotor eines Elektromotors vormontiert in eine Aussparung eines Gehäuses eines Getriebes von der inneren Seite her eingebracht wird, und der Elektromotor mit Stator und Gehäusedeckel von der äußeren Seite am Gehäuse montiert wird, wobei die Welle des Elektromotors durch die Aussparung auf die innere Seite der Gehäuses ragt.
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Vorteilhafterweise wir auch ein Stellelement mit dem Untersetzungsgetriebe und der Welle des Elektromotors vormontiert an einen ersten Flansch mit den Auskragungen des Flansches in einen Aussparung des Gehäuses des Getriebes von der inneren Seite her angebracht.
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Es ist von Vorteil, dass auf die Welle des Elektromotors ein Rotor aufgesteckt und drehfest verbunden wird und ein Stator integrierte in einem Gehäusedeckel als Glocke über den Rotor gestülpt wird.
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Figurenliste
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- 1 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführungsform entlang der Achse geschnitten,
- 2 zeigt einen Schnitt entlang B-B
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1 zeigt ein beispielhaftes Getriebemodul 1, das in diesem Beispiel direkt an einem Gehäuse 8 eines Getriebes eines Fahrzeugs angebracht ist. Das Getriebemodul 1 zeigt Hauptkomponenten, bestehend aus einem Gehäuse 20 für den Elektromotor, einem Elektromotor 11, einem Exzentergetriebe 24. Das Getriebemodul ist geeignet ein Stellelement 30 anzutreiben, beispielsweise eine Schaltwalze 22. Diese Komponenten sind entlang einer Achse A angeordnet. Das Gehäuse 20 für den Elektromotor ist dabei am Gehäuse 8 des Getriebes von außen angebracht, wobei das Gehäuse 8 einen Gehäuseboden 14 für das Gehäuse 20 des Elektromotors darstellt. Das Gehäuse 20 des Elektromotors besteht maßgeblich aus dem Gehäuseboden 14 sowie einem Gehäusedeckel 13, der die Form einer Glocke aufweist. Der glockenförmige Gehäusedeckel 13 weist einen zylindrischen Innenraum auf, in dem ein Rotor 18 mit einer Welle 5 drehbar gelagert ist. Der Gehäusedeckel 13 umfasst einen Stator 6 mit seinen Wicklungen 7, die in diesem Ausführungsbeispiel komplett mit Kunststoff umspritzt oder umgossen sind. Zusätzlich zum Stator sind in dieser Ausführungsform weitere elektrische Komponenten wie Leiterplatten 23 vollständig in Kunststoff eingebettet. Ein Stecker 26 ist dabei ebenfalls in das Gehäuse 20 integriert.
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Allerdings sind auch alternative Ausführungen mit getrennt montierten Leiterplatten und ECUs, sowie Steckern möglich. Auch Ausführungsformen ohne komplette Statorumspritzungen sind einsetzbar.
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Der sich im Inneren des glockenförmige Gehäusedeckels 13 drehende Rotor 18 weist Permanentmagnete 4 auf, die in Blechpaketen 19 eingelassen sind. Der Rotor 18 ist auf der Welle 5 drehfest gelagert. Die Welle 5 ist dazu einseitig über ein Lager 17 an einem ersten Flansch 12 am Gehäuse 8 des Getriebes 1 gelagert.
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Das Lager 17 ist im Ausführungsbeispiel als zwei einreihige Lager dargestellt, kann aber auch ein zweireihiges Lager sein und sowohl als Gleitlager oder Wälzlager ausgebildet werden.
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Der Rotor 18 wird am Wellenstumpf 5A befestigt, was man beispielsweise durch Aufpressen erreichen kann.
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Der das magnetische Feld erzeugende Stator 6 wird in dem einseitig offenen Gehäuse 20 als Glocke über den magnetischen Rotor 18 gestülpt und hat keine mechanische Verbindung zu diesem. Der Stator 6 kann auch am Gehäusedeckel 13 angebracht sein, wenn der Stator nicht komplett umgossen wird. Zwischen Rotor 18 und Gehäusedeckel 13 mit integriertem Stator 6 befindet sich ein Luftspalt, so dass nur eine magnetische Kopplung und keine mechanische Verbindung mit dem Stator 6 erfolgt.
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Der Gehäusedeckel 13 wird am Gehäuse 8 mit Dichtungen 16 abgedichtet und auf geeignete Weise verbunden. Das Gehäuse 8 kann sowohl ein Teil des äußerer Gehäuses des Getriebes des Fahrzeugs sein, oder ein Bauteil im Inneren des Getriebes, beispielsweise einen Gehäuserippe, die als Befestigung dient.
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Das Lager 17 der Welle 5 ist in einem ersten Flansch 12 angebracht, der fest mit dem Gehäuse 8 des Getriebes des Fahrzeugs verbunden ist. Der erste Flansch 12 weist Bolzen 10 auf, die als feststehende Komponenten und Stützelemente für das Exzentergetriebe 24 dienen.
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Im Exzentergetriebe 24 greift ein Exzenter 2, der auf der Welle 5 drehfest angebracht ist, in eine Zahnscheibe 3 ein. Die Zahnscheibe 3 überträgt Drehmomente wälzend.
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Ein Exzenter 2 treibt die Zahnscheibe 3 mit Zähnen der Anzahl n an, die sich in einem Hohlrad 9 abwälzt. Die Zahnscheibe 3 wälzt sich über die Bolzen 10 des ersten Flansches 12 ab. So entstehen kleinere Drehzahlen entgegen der Antriebsrotation mit hoher Genauigkeit und mit einer hohen Untersetzung.
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Das Exzentergetriebe stellt eine Ausführungsform für ein Untersetzungsgetriebe dar, das in der Erfindung verwendet werden kann. Alternativ dazu sind weitere Zykloidgetriebe einsetzbar.
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Über das Hohlrad wird Drehmoment für einen beliebigen Stellmechanismus bereitgestellt, der geeignet angebunden sein muss.
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Die Anbindung kann dabei auf unterschiedlicher Weise realisiert sein.
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Das Exzentergetriebe 24 ist zwischen dem ersten Flansch 12 und dem zweiten Flansch 15 verbaut, wobei der zweite Flansch 15 nicht zwingend ein Bauteil des Stellelements 30 sein muss.
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Beispielhaft wird eine Ausführungsform für die Anbindung einer nur schematisch dargestellten Schaltwalze in einem Getriebe nach 1 beschreiben.
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Das Hohlrad 9 ist mit der Welle 27 einer Schaltwalze 22 verbunden und treibt die Schaltwalze 22 an. Die Schaltwalze 22 ist auf Wälzlagern 21 auf einem zweiten Flansch 15 gelagert. Der zweite Flansch 15 ist am ersten Flansch 12 und am Gehäuse 8 des Exzentergetriebes 24 angebracht. Im Ausführungsbeispiel sind die Wellen, die Rotorwelle 5 und die Welle 27 der Schaltwalze in Verlängerung zueinander auf der Achse A angeordnet.
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In 2, dem Schnittbild entlang der Linie B-B ist das Hohlrad 9 zu erkennen, in dem die Zahnscheibe 3 läuft. Die Bolzen 10 bilden Stützelemente für den Exzenterantrieb.
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Dabei ist der Exzenter 2 gegen die Mitte des Hohlrings 9 leicht versetzt, exzentrisch angebracht.
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Um das Getriebemodul aufzubauen kann das Stellelement 30 selbst vormontiert und auf dem zweiten Flansch 15 befestigt werden. In den vom zweiten Flansch 15 gebildeten zylindrischen Hohlraum wird das Exzentergetriebe 24 montiert. Die Welle 5 des Elektromotors 11 wird mit dem Exzentergetriebe 24, nämlich dem Exzenter 2 verbunden und mit den Lagern 17 im ersten Flansch 12 im Bereich einer Auskragung 12a montiert.
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Die beiden Flansche 12 und 15 werden aufeinander befestigt und die Auskragung 12a des ersten Flansches 12 wird in einen Aussparung des Gehäuses 8 gesteckt. Anschließend werden die Flansche mit dem Gehäuse 8 verbunden.
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Damit sitzt das Stellelement 30 und das Exzentergetriebe 24 im inneren Bereich I des Gehäuses des Getriebes, während die Welle 5 des Elektromotors 11 sich durch die Wand des Gehäuses 8 in den äußeren Bereich O erstreckt.
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Die Definition von innerer und äußerer Seite beschreibt die beiden Seiten einer Baueinheit, die durch eine Anbauwand voneinander separiert sind und nicht zwingend den Innenraum einer Baugruppe zur Umgebung.
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Der Rotor 18 wird auf die Welle 5 gesteckt und verpresst. Ansonsten ist der Rotor auf der Welle 5 vormontiert und mit einem Verschieben auf die Aussparung 25 hin befestigt.
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Anschließend wird der Gehäusedeckel 13 des Elektromotors 11 über den an der Welle 5 befestigten Rotor 18 gestülpt und am Gehäuse 8, das den Gehäuseboden 14 bildet, befestigt. Für den Zusammenbau der Pumpe ist die Lösung besonders vorteilhaft, dass der Gehäusedeckel 13 mindestens einen Stator 6 enthält, der vollständig mit Kunststoff umgossen oder umspritzt wird.
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Auch die ECU, Leiterplatten, sowie weitere elektrische oder elektronischen Komponenten können mit umspritzt oder umgossen sein und eine Einheit mit dem Gehäusedeckel 13 bilden.
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Dadurch ist der Gehäusedeckel mit allen elektrischen Bauteilen vergossen und als ein einziges Bauteil zu montieren.
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Alle Komponenten des Elektromotors werden durch das im Inneren des glockenförmigen Gehäusedeckels 13 befindliche Öl gekühlt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Getriebemodul
- 2
- Exzenter
- 3
- Zahnscheibe
- 4
- Magnet
- 5
- Welle
- 5A
- Wellenstumpf
- 6
- Stator
- 7
- Wicklung
- 8
- Gehäuse Getriebe
- 9
- Hohlrad
- 10
- Bolzen
- 11
- Elektromotor
- 12
- erster Flansch
- 12a
- Auskragung
- 13
- Gehäusedeckel
- 14
- Gehäuseboden
- 15
- zweiter Flansch
- 16
- Dichtung
- 17
- Lager Welle
- 18
- Rotor
- 19
- Rotor-Blechpaket
- 20
- Gehäuse Elektromotor
- 21
- Wälzlager Schaltwalze
- 22
- Schaltwalze
- 23
- Leiterplatte
- 24
- Exzentergetriebe
- 25
- Aussparung
- 26
- Stecker
- 27
- Welle Schaltwalze
- A
- Achse
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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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- GB 2325036 A [0004]
- EP 0654624 A1 [0006]
- US 6893371 B2 [0008]
