DE102020203133A1 - Mechatronische Stellereinheit für ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

Mechatronische Stellereinheit für ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs Download PDF

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Dieter Gebauer
Boleslaw Tulaczko
Marco Kiesel
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Abstract

Es wird eine mechatronische Stellereinheit (1) für ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs, insbesondere für ein dediziertes Hybridgetriebe vorgeschlagen, umfassend einen Elektromotor (2), dem ein von einem Ritzel (3) der Motorwelle (4) des Elektromotors (1) angetriebenes Getriebe (5) nachgeschaltet ist, welches über eine parallel zur Motorwelle (4) des Elektromotors (2) angeordnete Abtriebswelle (6) den Abtrieb der mechatronischen Stellereinheit (1) bildet, wobei die Stellereinheit einen Sensor (7) aufweist, der der Regelung des Elektromotors (2) und der Sensierung der absoluten Winkellage des Abtriebs der mechatronischen Stellereinheit (1) dient, wobei der Sensor (7) in einem Gehäuseteil (8) der mechatronischen Stellereinheit (1) im Bereich des in einem Gehäuse der mechatronischen Stellereinheit (1) angeordneten Endes der Abtriebswelle (6) der mechatronischen Stellereinheit (1) angeordnet ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine mechatronische Stellereinheit für ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs, insbesondere für ein dediziertes Hybridgetriebe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • In der Fahrzeugtechnik werden zunehmend so genannte dedizierte Hybridgetriebe (Dedicated Hybrid Transmission, DHT-Getriebe) eingesetzt, bei denen der mechanische Getriebeteil vereinfacht ist und in das Getriebe eine elektrische Maschine integriert ist, um den vollen Funktionsumfang des Getriebes darzustellen. Beispielsweise kann im mechanischen Getriebeteil der Rückwärtsgang entfallen, welcher durch eine geeignete Steuerung der elektrischen Maschine realisiert wird.
  • Aus dem Stand der Technik ist bekannt, bei dedizierten Hybridgetrieben eine mechatronische Stellereinheit für die Aktuierung von Klauenschaltelementen im Getriebe vorzusehen, welche einen Elektromotor aufweist, dem ein Planetengetriebe nachgeschaltet ist. Hierbei wird das Sonnenrad des Planetengetriebes über ein Ritzel der Motorwelle des Elektromotors angetrieben, wobei das Hohlrad an ein Gehäuse des Getriebes gekoppelt bzw. als Teil des Gehäuses ausgeführt ist und wobei der Abtrieb über den Planetenträger des Planetengetriebes erfolgt.
  • Der Elektromotor ist in der Regel als BLDC-Motor (Bürstenloser Gleichstrommotor, BrushLess DC-Motor) ausgeführt. Alternativ kann dem Elektromotor eine Stirnradstufe nachgeschaltet sein, wobei ein Stirnrad der Stirnradstufe durch ein Ritzel der Motorwelle des Elektromotors gebildet ist.
  • Die Positionsregelung der mechatronischen Stellereinheit erfolgt über ein externes Steuergerät und den für die Steuerung des vorzugsweise als BLDC-Motor ausgeführten Elektromotors erforderlichen Sensor.
  • Da sich der Elektromotor in der Regel mehr als eine Umdrehung pro Stellvorgang dreht, ist eine Erfassung der absoluten Position der Motorwelle des Elektromotors in nachteiliger Weise nicht bzw. nur mit hohem technischen Aufwand möglich.
  • Aus dem Stand der Technik ist bekannt, zur Sensierung der absoluten Winkellage des Abtriebs einer mechatronischen Stellereinheit eines dedizierten Hybridgetriebes einen zweiten, zusätzlichen, dem Abtrieb bzw. dem Planetengetriebe oder der Stirnradstufe nachgeschalteten Sensor vorzusehen, was jedoch in hohen Herstellungs- und Montagekosten resultiert.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine mechatronische Stellereinheit für ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs, insbesondere für ein dediziertes Hybridgetriebe anzugeben.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungen und Vorteile gehen aus den Unteransprüchen hervor.
  • Demnach wird eine mechatronische Stellereinheit für ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs, insbesondere für ein dediziertes Hybridgetriebe vorgeschlagen, umfassend einen Elektromotor, dem ein von dem Ritzel der Motorwelle des Elektromotors angetriebenes Getriebe nachgeschaltet ist, welches über eine parallel zur Motorwelle des Elektromotors angeordnete Abtriebswelle den Abtrieb der Stellereinheit bildet, welche einen Sensor aufweist, der der Regelung des Elektromotors und der Sensierung der absoluten Winkellage des Abtriebs der mechatronischen Stellereinheit dient.
  • Das nachgeschaltete Getriebe kann beispielsweise als Stirnradstufe, deren antreibendes Stirnrad durch ein Ritzel der Motorwelle des Elektromotors der mechatronischen Stellereinheit gebildet ist oder als Planetengetriebe, dessen Sonnenrad von dem Ritzel der Motorwelle des Elektromotors angetrieben ist, dessen Hohlrad an ein Gehäuse gekoppelt ist oder durch ein Gehäuse gebildet wird und dessen Planetenträger den Abtrieb bildet ausgeführt sein.
  • Erfindungsgemäß ist der Sensor in einem Gehäuseteil der mechatronischen Stellereinheit im Bereich des in einem Gehäuse der mechatronischen Stellereinheit angeordneten Endes der Abtriebswelle der mechatronischen Stellereinheit angeordnet. Hierbei kann zumindest das Gehäuseteil der mechatronischen Stellereinheit in Kunststoff-Technologie ausgeführt sein, wobei die Leiterbahnen für die elektrische Anbindung des Elektromotors und des Sensors direkt in den Kunststoff des Gehäuseteils eingespritzt sind. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Leiterbahnen beispielsweise als Stanzgitter ausgeführt.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Signalgeber für den Sensor am von dem Ritzel der Motorwelle des Elektromotors angetriebenen Bauteil des nachgeschalteten Getriebes montiert bzw. befestigt oder in dieses Bauteil integriert, wobei gemäß einer Ausgestaltung das angetriebene Bauteil des nachgeschalteten Getriebes, beispielsweise das Stirnrad der Stirnradstufe bzw. das Sonnenrad des Planetengetriebes aus Kunststoff hergestellt ist und der Signalgeber in das angetriebene Bauteil eingespritzt ist.
  • Der Sensor kann beispielsweise als Magnetsensor, als Hall-Sensor, oder als optischer Sensor ausgeführt sein. Ferner kann der Sensor on-axis oder off-axis in Bezug auf die Abtriebswelle angeordnet sein.
  • Durch die erfindungsgemäße Anordnung des Sensors an der Abtriebswelle entfallen in vorteilhafter Weise durch Verzahnungs- und Bauteilspiele bedingte Ungenauigkeiten, da die Sensierung am Ende der Betätigungskette erfolgt.
  • Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann der Stecker zur Aufnahme des Steuergerätes als Teil des Gehäuseteils ausgeführt und direkt angespritzt sein, wobei die Kontaktierung von Elektromotor und Sensor über kostengünstige Steckverbindungen erfolgen kann. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann der Sensor mit umspritzt werden.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
    • 1: Eine schematische Schnittansicht einer gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ausgeführten mechatronischen Stellereinheit für ein dediziertes Hybridgetriebe; und
    • 2: Eine schematische perspektivische Ansicht einer gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ausgeführten mechatronischen Stellereinheit für ein dediziertes Hybridgetriebe.
  • In der beigefügten 1 ist eine mechatronische Stellereinheit 1 für ein dediziertes Hybridgetriebe eines Kraftfahrzeugs dargestellt. Sie umfasst einen Elektromotor 2, dem ein von einem Ritzel 3 der Motorwelle 4 des Elektromotors 2 angetriebenes Getriebe 5 nachgeschaltet ist.
  • Das nachgeschaltete Getriebe 5 bildet über eine parallel zur Motorwelle 4 des Elektromotors 2 angeordnete Abtriebswelle 6 den Abtrieb der mechatronischen Stellereinheit. Ferner weist die mechatronische Stellereinheit 1 einen Sensor 7 auf, der erfindungsgemäß der Regelung des Elektromotors 2 und der Sensierung der absoluten Winkellage des Abtriebs der mechatronischen Stellereinheit 1 dient. Die Sensierung der absoluten Winkellage des Abtriebs der mechatronischen Stellereinheit 1 ist zur Positionsregelung der mechatronischen Stellereinheit erforderlich. Beispielsweise kann ein Schaltweg von 10 mm einer Drehung des Abtriebs der mechatronischen Stellereinheit 1 um 90° entsprechen.
  • Bei den in den Figuren gezeigten Beispielen ist das nachgeschaltete Getriebe 5 als Stirnradstufe ausgeführt, deren antreibendes Stirnrad durch das Ritzel 3 der Motorwelle 4 des Elektromotors 2 der mechatronischen Stellereinheit 1 gebildet ist. Im Rahmen weiterer, nicht dargestellter Ausgestaltungen kann das dem Elektromotor 2 nachgeschaltete Getriebe 5 beispielsweise als Planetengetriebe ausgeführt sein, dessen Sonnenrad von dem Ritzel 3 der Motorwelle 4 des Elektromotors 2 angetrieben ist, dessen Hohlrad an ein Gehäuse gekoppelt oder durch ein Gehäuse gebildet ist und dessen Planetenträger den Abtrieb bildet.
  • Gemäß der Erfindung und bezugnehmend auf die beigefügte 1 ist der Sensor 7, welcher der Regelung des Elektromotors 2 und der Sensierung der absoluten Winkellage des Abtriebs dient, in einem Gehäuseteil 8 der mechatronischen Stellereinheit 1 im Bereich des in einem Gehäuse der mechatronischen Stellereinheit 1 angeordneten Endes der Abtriebswelle 6 der mechatronischen Stellereinheit 1 angeordnet.
  • Das Gehäuseteil 8 der mechatronischen Stellereinheit 1 ist bei dem gezeigten Beispiel in Kunststoff-Technologie ausgeführt, wobei die Leiterbahnen für die elektrische Anbindung des Elektromotors 2 und des Sensors 7 direkt in den Kunststoff des Gehäuseteils 8 eingespritzt sind. Bei dem in 1 gezeigten Beispiel sind die Leiterbahnen als Stanzgitter 9 ausgeführt. Ferner ist der Sensor 7 on-axis in Bezug auf die Abtriebswelle 6 angeordnet.
  • Gemäß der Erfindung ist der Signalgeber für den Sensor 7 an dem von dem Ritzel 3 der Motorwelle 4 des Elektromotors 2 angetriebenen Bauteil des nachgeschalteten Getriebes, welches bei dem Beispiel nach 1 das mit der Abtriebswelle 6 drehfest verbundene Stirnrad 10 der Stirnradstufe 5 ist, montiert bzw. befestigt oder in dieses Bauteil integriert.
  • Das Ausführungsbeispiel nach 2 unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel nach 1 dadurch, dass der Sensor 7 in Bezug auf die Abtriebswelle 6 der Stirnradstufe 5 off-axis angeordnet ist. Hierbei ist der Sensor 7 als Magnetsensor ausgeführt, wobei das angetriebene Stirnrad 10 der Stirnradstufe 5 aus Kunststoff hergestellt ist und der Signalgeber 11 für den Sensor 7 in das Stirnrad 10 integriert, vorzugsweise eingespritzt ist.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung und bezugnehmend auf 2 ist der Stecker 12 zur Aufnahme des Steuergerätes der mechatronischen Stellereinheit 1 als Teil des Gehäuseteils 8 ausgeführt und direkt angespritzt, wobei die Kontaktierung von Elektromotor 2 und Sensor 7 über kostengünstige Steckverbindungen erfolgen kann. Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung kann der Sensor 7 mit Kunststoff mit umspritzt werden.
  • Durch die erfindungsgemäße Konzeption wird in vorteilhafter Weise lediglich ein Sensor zur Regelung des Elektromotors und der Sensierung der absoluten Winkellage des Abtriebs der mechatronischen Stellereinheit benötigt. Dadurch, dass dieser Sensor am Ende der Betätigungskette angeordnet ist, werden durch Verzahnungs- und Bauteilspiele - bzw. Bauteiltoleranzen bedingte Ungenauigkeiten bei der Sensierung vermieden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    mechatronische Stellereinheit
    2
    Elektromotor
    3
    Ritzel
    4
    Motorwelle
    5
    nachgeschaltetes Getriebe, Stirnradstufe
    6
    Abtriebswelle
    7
    Sensor
    8
    Gehäuseteil
    9
    Stanzgitter
    10
    Stirnrad
    11
    Signalgeber
    12
    Stecker

Claims (10)

  1. Mechatronische Stellereinheit (1) für ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs, insbesondere für ein dediziertes Hybridgetriebe, umfassend einen Elektromotor (2), dem ein von einem Ritzel (3) der Motorwelle (4) des Elektromotors (1) angetriebenes Getriebe (5) nachgeschaltet ist, welches über eine parallel zur Motorwelle (4) des Elektromotors (2) angeordnete Abtriebswelle (6) den Abtrieb der mechatronischen Stellereinheit (1) bildet, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Sensor (7) aufweist, der der Regelung des Elektromotors (2) und der Sensierung der absoluten Winkellage des Abtriebs der mechatronischen Stellereinheit (1) dient, wobei der Sensor (7) in einem Gehäuseteil (8) der mechatronischen Stellereinheit (1) im Bereich des in einem Gehäuse der mechatronischen Stellereinheit (1) angeordneten Endes der Abtriebswelle (6) der mechatronischen Stellereinheit (1) angeordnet ist.
  2. Mechatronische Stellereinheit (1) für ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseteil (8) der mechatronischen Stellereinheit (1) in Kunststoff-Technologie ausgeführt ist, wobei die Leiterbahnen für die elektrische Anbindung des Elektromotors (2) und des Sensors (7) direkt in den Kunststoff des Gehäuseteils (8) eingespritzt sind.
  3. Mechatronische Stellereinheit (1) für ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs, nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (7) in Bezug auf die Abtriebswelle (6) on-axis oder off-axis angeordnet ist.
  4. Mechatronische Stellereinheit (1) für ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs, nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalgeber (11) für den Sensor (7) am von dem Ritzel (3) der Motorwelle (4) des Elektromotors (2) angetriebenen Bauteil des nachgeschalteten Getriebes (5) montiert bzw. befestigt oder in dieses Bauteil integriert ist.
  5. Mechatronische Stellereinheit (1) für ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs, nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (7) als Magnetsensor, als Hall-Sensor, oder als optischer Sensor ausgeführt ist.
  6. Mechatronische Stellereinheit (1) für ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs, nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das angetriebene Bauteil des nachgeschalteten Getriebes (5) aus Kunststoff hergestellt ist und der Signalgeber (11) in das angetriebene Bauteil eingespritzt ist.
  7. Mechatronische Stellereinheit (1) für ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs, nach Anspruch 2, 3, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Stecker (12) zur Aufnahme eines Steuergerätes aufweist, welcher als Teil des Gehäuseteils (8) ausgeführt und direkt angespritzt ist, wobei die Kontaktierung von Elektromotor (2) und Sensor (7) über Steckverbindungen erfolgt.
  8. Mechatronische Stellereinheit (1) für ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs, nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (7) mit umspritzt ist.
  9. Mechatronische Stellereinheit (1) für ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs, nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das nachgeschaltete Getriebe (5) als Stirnradstufe ausgeführt ist, deren antreibendes Stirnrad (10) durch das Ritzel (3) der Motorwelle (4) des Elektromotors (2) der mechatronischen Stellereinheit (1) gebildet ist.
  10. Mechatronische Stellereinheit (1) für ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs, nach einem der vorangehenden Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das nachgeschaltete Getriebe (5) als Planetengetriebe ausgeführt ist, dessen Sonnenrad von dem Ritzel (3) der Motorwelle (4) des Elektromotors (2) angetrieben ist, dessen Hohlrad an ein Gehäuse gekoppelt oder durch ein Gehäuse gebildet ist und dessen Planetenträger den Abtrieb bildet.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10023695A1 (de) 1999-05-17 2001-06-07 A B Elektronik Gmbh Verstellvorrichtung
US20150252874A1 (en) 2012-10-24 2015-09-10 Valeo Systemes De Controle Moteur Device for actuating one or more moving parts, notably for a motor vehicle turbocharger

Patent Citations (2)

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