DE102022213748B3

DE102022213748B3 - Getriebeaktor

Info

Publication number: DE102022213748B3
Application number: DE102022213748.5A
Authority: DE
Inventors: Benedikt Clins; Jürgen Gries; Joerg Kressner
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2022-12-16
Filing date: 2022-12-16
Publication date: 2024-06-06
Anticipated expiration: 2042-12-17

Abstract

Getriebeaktor (1), insbesondere Kupplungsaktor, umfassend ein Aktorgehäuse (7), in dem eine Abtriebswelle (6) und ein zum Antrieb der Abtriebswelle (6) ausgebildeter Motor (4) angeordnet ist, welche Abtriebswelle (6) dazu ausgebildet ist, ein Getriebeelement (3), insbesondere eine Kupplungsklaue, zu bewegen, wobei eine in das Aktorgehäuse (7) integrierte Sensoreinrichtung (8) dazu ausgebildet ist, einen Schaltzustand, insbesondere eine Schaltposition, des dem Getriebeaktor (1) zugeordneten Getriebeelements (3) zu erfassen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Getriebeaktor, insbesondere Kupplungsaktor, umfassend ein Aktorgehäuse, in dem eine Abtriebswelle und ein zum Antrieb der Abtriebswelle ausgebildeter Motor angeordnet ist, welche Abtriebswelle dazu ausgebildet ist, ein Getriebeelement, insbesondere eine Kupplungsklaue, zu bewegen und weiterhin einen Drehzahlsensor zur Erfassung eines Drehwinkels der Antriebswelle.
Derartige Getriebeaktoren sind, beispielsweise als Kupplungsaktor, grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt. Ein solcher Getriebeaktor wird dazu verwendet, ein Getriebeelement zu bewegen, zum Beispiel eine Kupplungsklaue zwischen einer eingelegten Stellung und einer ausgelegten Stellung zu bewegen. Dazu ist ferner bekannt, dass für einen sicheren Betrieb des Getriebeaktors bzw. des Getriebeelements, das der Getriebeaktor stellen soll, eine Sensoreinrichtung vorteilhaft ist, die den Schaltzustand des dem Getriebeaktor zugeordneten Getriebeelements erfassen kann. Mit anderen Worten wird üblicherweise eine solche Sensoreinrichtung für das Getriebeelement bereitgestellt, die die Schaltposition des Getriebeelements überwachen kann. Die Sensoreinrichtung ist insbesondere dazu ausgebildet, bei der Verwendung des Getriebeaktors als Kupplungsaktor, die aktuelle Position der Kupplungsklaue zu erfassen.
Die DE 10 2006 014 556 A1 beschreibt einen Aktor für eine automatisiertes Getriebe eines Fahrzeugs, welcher einen Aktorantrieb und zumindestens eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen eines Stellweges aufweist.
Die DE 197 44 695 A1 stellt eine Stelleinrichtung mit einem elektrischen Antriebsmotor sowie ein von diesem anbtreibbares Schraubengetriebe vor.
Die separate Ausführung der Sensoreinrichtung zu dem Getriebeaktor inklusive Ansteuerelektronik oder Getriebeaktor und separater Ansteuerelektronik erfordert, dass zwischen der Sensoreinrichtung und dem Getriebeaktor Schnittstellen, insbesondere Signalleitungen, geführt sind. Bei der Bereitstellung eines Getriebeaktors und einer separaten Sensoreinrichtung ist daher ein erhöhter Entwicklungs- und Abstimmungsaufwand erforderlich, um die Anordnung des Getriebeaktors und der separaten Sensoreinrichtung in dem Getriebe sowie deren Schnittstellen, Signalleitungen und weiterer Versorgungsleitungen sowie die Nutzung des vorhandenen Bauraums sicherstellen zu können. Da in diesem Fall der Getriebeaktor und die Sensoreinrichtung separate Baugruppen darstellen, ist dies für die Herstellung, Montage und Anordnung, beispielsweise in Bezug auf die einzuhaltenden Toleranzen nachteilig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen demgegenüber verbesserten Getriebeaktor anzugeben.
Die Aufgabe wird durch einen Getriebeaktor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Wie beschrieben, betrifft die Erfindung einen Getriebeaktor, insbesondere einen Kupplungsaktor, der ein Aktorgehäuse umfasst. In dem Aktorgehäuse ist eine Abtriebswelle angeordnet und ein zum Antrieb der Abtriebswelle ausgebildeter Motor. Der Motor kann die Abtriebswelle direkt antreiben oder über wenigstens eine Zwischenwelle antreiben, beispielsweise um die Übersetzung eines Abtriebsritzels auf der Motorwelle auf die geforderte Drehzahl bzw. einen gewünschten Winkelbereich der Abtriebswelle zu übersetzen. Die Abtriebswelle ist wiederum mit dem Getriebeelement gekoppelt, sodass aufgrund einer Drehbewegung, die durch den Motor erzeugt wird, das Getriebeelement bewegt werden kann. Zudem kann sich die Ansteuerelektronik im Aktorgehäuse befinden oder separat im Gesamtsystem verbaut sein.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass der Getriebeaktor eine in das Aktorgehäuse integrierte Sensoreinrichtung aufweist, die dazu ausgebildet ist, einen Schaltzustand, insbesondere eine Schaltposition, des dem Getriebeaktor zugeordneten Getriebeelements zu erfassen. Die Erfindung schlägt somit vor, dass die Sensoreinrichtung in das Aktorgehäuse des Getriebeaktors integriert ist. Getriebeaktor und Sensoreinrichtung stellen somit nicht, wie im Stand der Technik üblich, getrennte Einrichtungen dar, die unabhängig voneinander entwickelt und unabhängig voneinander in dem Getriebe verbaut werden müssen. Stattdessen schlägt die Erfindung eine Integration der Sensoreinrichtung in das Getriebegehäuse vor, sodass der Getriebeaktor die Sensoreinrichtung mit aufweist. Dadurch werden Schnittstellen für die Sensoreinrichtung, die aus dem Aktorgehäuse nach außen führen, überflüssig. Insbesondere in einer Ausführung mit im Aktor integrierter Ansteuerelektronik müssen zwischen der Sensoreinrichtung und dem Getriebeaktor keine durch die Getriebeeinrichtung verlaufenden Signalleitungen geführt werden. Die Positionserfassung bzw. die Zustandserfassung kann seitens des Getriebeaktors selbst erfolgen, nämlich über die integrierte Sensoreinrichtung und Signalverarbeitung in einer Ansteuerelektronik.
Eine separate Steckverbindung zwischen dem Getriebeaktor und der Sensoreinrichtung ist somit nicht notwendig. Es ist somit auch nicht notwendig, die Sensoreinrichtung bzw. ein Sensorelement der Sensoreinrichtung mit einem separaten Gehäuse zu versehen, sondern das Aktorgehäuse des Getriebeaktors kann von der Sensoreinrichtung mit verwendet werden, sodass sichergestellt ist, dass die Sensoreinrichtung gegenüber der Umgebung abgeschlossen ist. Aufgrund der Integration der Sensoreinrichtung in den Getriebeaktor können die Fertigungstoleranzen, zum Beispiel in Form eines separaten Spritzgussprozesses, eingespart werden. Die hier beschriebene in das Aktorgehäuse integrierte Sensoreinrichtung ermöglicht es, ein Sensorelement, beispielsweise einen Hallsensor, einzusetzen, das die Anforderungen an eine bestimmte Sicherheitsklassifizierung der Positionserfassung, zum Beispiel mit ASIL-C, erfüllt.
Wie zuvor beschrieben, ist es möglich, dass die Sensoreinrichtung, die zur Schaltzustandserfassung des Getriebeelements ausgebildet ist, zusammen mit ihrem Sensorelement innerhalb des Aktorgehäuses angeordnet ist. Die Sensoreinrichtung kann dazu einen Grundträger mit einer Sensorelementaufnahme aufweisen, in der wenigstens ein Sensorelement, insbesondere ein Hall-Sensor, in einem definierten Sensorwinkel aufgenommen ist. Die Sensorelementaufnahme ist nach der beschriebenen Ausgestaltung in bzw. an einem Grundträger angeordnet, sodass das Sensorelement in die Sensorelementaufnahme eingesetzt werden kann. In dem eingesetzten Zustand des Sensorelements kann das Sensorelement eine gegenüber einer Längsachse des Grundträgers winklige Ausrichtung aufweisen, insbesondere bezogen auf eine Leiterplatte, an der die Sensoreinrichtung in dem Aktorgehäuse des Getriebeaktors angeschlossen ist, winklig ausgerichtet sein, insbesondere abweichend von 0° bzw. 90° oder 180° bezogen auf die Ebene der Leiterplatte.
Nach einer Weiterbildung des beschriebenen Getriebeaktors kann vorgesehen sein, dass der definierte Sensorwinkel derart ausgerichtet ist, dass eine Erfassungsrichtung des Sensorelements rechtwinklig zu einer Tangente des Getriebeelements, insbesondere eines Schulterbereichs, ausgerichtet ist. Der Sensorwinkel kann beispielsweise als Mittelachse eines Erfassungsbereichs des Sensorelements verstanden werden. Da es sich bei dem Getriebeelement üblicherweise um ein im Querschnitt betrachtet kreisrundes Element handelt, ist die Erfassungsrichtung des Sensorelements zweckmäßigerweise rechtwinklig zu der Tangente an dem Getriebeelement, sodass die Positionserfassung bzw. Schaltzustandserfassung durch das Sensorelement, oder allgemein die Sensoreinrichtung, verbessert möglich ist.
In der beschriebenen Variante kann die Sensoreinrichtung insbesondere dazu ausgebildet sein, eine Abrisskante an dem Getriebeelement zu erfassen. Das Getriebeelement kann in dem Erfassungsbereich eine durchgängige Schulter mit gleich bleibendem bzw. konstantem Radius aufweisen. Eine üblicherweise für eine solche Erfassung erforderliche spezielle Kontur, zum Beispiel eine aufwendige V-Nut-Geometrie, wird dadurch verzichtbar.
Der zuvor beschriebene Grundträger kann wenigstens eine Leiterbahn aufweisen, insbesondere ein umspritztes Stanzgitter, welche Leiterbahn dazu ausgebildet ist, ein an dem Grundträger angeordnetes Sensorelement mit einem Grundträgeranschluss zu verbinden. Der in der Sensoraufnahme aufgenommene Sensor bzw. das aufgenommene Sensorelement kann somit über die wenigstens eine Leiterbahn, die insbesondere zumindest abschnittsweise innerhalb des Grundträgers verlaufen kann, zum Beispiel von dem Grundträger umspritzt sein kann, mit dem Grundträgeranschluss verbunden sein. Der Grundträgeranschluss kann wiederum, zum Beispiel mit Kontakten einer Leiterplatte, mit weiteren Einrichtungen des Getriebeaktors verbunden sein, insbesondere mit einer Steuerungseinrichtung des Getriebeaktors.
Der zuvor beschriebene Grundträgeranschluss kann seitens des Grundträgers vorgesehen sein, insbesondere als wenigstens ein Pin ausgeführt sein, wobei der Grundträgeranschluss dazu ausgebildet ist, wenigstens eine Leiterbahn des Grundträgers, insbesondere mittels Einpressens des wenigstens einen Pins, mit einer Leiterplatte zu verbinden. Die beschriebene Leiterplatte kann demgegenüber weitere Einrichtungen bzw. Anschlüsse aufweisen, zum Beispiel einen Anschluss für den Motor des Getriebeaktors, eine weitere Sensoreinrichtung bzw. einen Drehwinkelsensor und dergleichen. Vorteilhafterweise kann der Grundträger neben der Sensorelementaufnahme und dem Grundträgeranschluss auch die Leiterbahnen aufweisen, sodass die Sensoreinrichtung seitens des Grundträgers als vorgefertigte Baugruppe bereitgestellt werden kann. Diese kann in das Aktorgehäuse eingebracht werden und bei Einbringen der Leiterplatte über den Grundträgeranschluss mit der Leiterplatte verbunden werden. Dabei kann der Grundträgeranschluss bzw. können Grundträgeranschlüsse mit der Leiterplatte verpresst werden.
Nach einer weiteren Ausgestaltung des Getriebeaktors kann der Grundträger eine Magnetelementaufnahme aufweisen, die dazu ausgebildet ist, ein Magnetelement in einer definierten Magnetfeldausrichtung, insbesondere einer Ausrichtung des Magnetfelds winklig zur Erfassungsrichtung des Sensorelements, aufzunehmen. Das beschriebene Magnetelement kann für die Sensoreinrichtung vorgesehen sein bzw. mit der Sensoreinrichtung zusammenwirken. Das Magnetelement kann insbesondere als „back-biased“-Einrichtung verwendet werden, um für das Sensorelement, im Speziellen einen Hall-Sensor ein Magnetfeld bereitzustellen. Die Magnetfeldrichtung bzw. die Stellen mit der höchsten Flussdichte können dabei außerhalb des Erfassungsbereichs bzw. der Erfassungsrichtung des Sensorelements liegen. Dies bietet den Vorteil, dass Verunreinigungen innerhalb der Getriebeeinrichtung, zum Beispiel Späne, in diesem Bereich gesammelt werden können und somit der Erfassungsbereich des Sensorelements von solchen Verunreinigungen freigehalten wird. Das Magnetelement kann ebenfalls Bestandteil der zuvor beschriebenen Baugruppe bzw. des beschriebenen Teilzusammenbaus sein.
Nach einer weiteren Ausgestaltung des Getriebeaktors kann ein Drehwinkelsensor vorgesehen sein, der ebenfalls in das Aktorgehäuse des Getriebeaktors integriert ist. Insbesondere kann der Drehwinkelsensor auf einer mit wenigstens einer Komponente der Sensoreinrichtung gemeinsamen Leiterplatte angeordnet sein. Der Drehwinkelsensor ist dazu ausgebildet, einen Zustand der Abtriebswelle, insbesondere mittels Erfassung eines Drehwinkels einer Zwischenwelle, zu erfassen. Der Drehwinkelsensor kann beispielsweise einen aktuellen Drehwinkel bzw. eine Veränderung des Drehwinkels der Abtriebswelle des Getriebeaktors erfassen. Die Erfassung kann entweder direkt erfolgen, in dem der Drehwinkelsensor den aktuellen Drehwinkel bzw. eine Veränderung des Drehwinkels der Abtriebswelle erfasst.
Alternativ kann der Drehwinkelsensor einen Drehwinkel oder eine Veränderung des Drehwinkels einer Zwischenwelle erfassen. Bei der Erfassung des Drehwinkels der Zwischenwelle kann ein Erfassungsbereich gegenüber der Erfassung des Drehwinkels der Abtriebswelle vergrößert sein, da die Zwischenwelle beispielsweise bei der Ausführung der Bewegung des Getriebeelements gegenüber der Abtriebswelle einen größeren Winkelbereich überstreicht. Die Zwischenwelle kann insbesondere so ausgelegt sein, dass diese einen größeren Winkelbereich überstreicht, jedoch bei dem Verbringen des Getriebeelements zwischen den einzelnen Schaltzuständen keine vollständige Umdrehung bzw. weniger als eine vollständige Umdrehung ausführt.
Durch das Bereitstellen der zuvor beschriebenen Sensoreinrichtung und dem zusätzlichen Drehwinkelsensor können verschiedene Zustände des Getriebeaktors bzw. des zugeordneten Getriebeelements wechselweise plausibilisiert werden. Die entsprechenden erfassten Zustände können einer übergeordneten Steuerungsvorrichtung zugeführt werden. Beispielsweise kann ein Signal ausgegeben werden, wenn von dem Drehwinkelsensor und/oder der Sensoreinrichtung ein Schaltzustand des Getriebeelements oder dessen Veränderung erfasst wird.
Bei dem Getriebeaktor kann ferner eine Steuerungseinrichtung vorgesehen sein, die im Speziellen in den Getriebeaktor, nämlich in das Getriebegehäuse des Getriebeaktors, integriert sein kann. Die Steuerungseinrichtung, zum Beispiel ein Mikrocontroller mit Steuerungs-Software, kann dazu ausgebildet sein, eine Einlegeposition des Getriebeelements mittels eines Drehwinkelsignals des Drehwinkelsensors zu erfassen und mittels eines Positionssignals der Sensoreinrichtung zu plausibilisieren und/oder eine Auslegeposition des Getriebeelements mittels eines Positionssignals der Sensoreinrichtung zu erfassen und mittels eines Drehwinkelsignals des Drehwinkelsensors zu plausibilisieren. Wie bereits zuvor beschrieben, kann ein Signal des Drehwinkelsensors durch ein Signal der Sensoreinrichtung und umgekehrt plausibilisiert werden. Je nach Schaltzustand des Getriebeaktors bzw. des zugeordneten Getriebeelements bietet es sich an, die Signale wechselweise für die Plausibilisierung bzw. die Erfassung zu verwenden.
In der beschriebenen Ausgestaltung wird die Einlegeposition mittels des Drehwinkelsensors erfasst und mittels der Sensoreinrichtung plausibilisiert. Hierbei können aufgrund von Federeinrichtungen, die im Betätigungsweg zwischen dem Getriebeaktor und dem Getriebeelement vorgesehen sein können und zur Entkopplung bei auftretenden Zahn-auf-Zahn-Stellung vorgehalten werden, Zustände eingenommen werden, in denen der Motor des Getriebeaktors seine Endstellung erreicht, das Getriebeelement jedoch, bei Vorliegen einer Zahn-auf-Zahn-Stellung noch nicht in der Einlegeposition steht. Erst nach Auflösen der Zahn-auf-Zahn-Stellung „schnappt“ das Getriebeelement in seine Einlegeposition. Hierbei wird über den Drehwinkelsensor die Einlegeposition erfasst und mittels der Sensoreinrichtung, die die Position des Getriebeelements erfasst, eine Plausibilisierung durchgeführt. Dadurch kann im Rahmen der Plausibilisierung festgestellt werden, ob eine Zahn-auf-Zahn-Stellung vorliegt oder ob das durch den Drehwinkelsensor erfasste Drehwinkelsignals tatsächlich eine Einlegeposition des Getriebeelements beschreibt. Umgekehrt kann die Auslegeposition mittels der Sensoreinrichtung erfasst werden. Diese Erfassung kann mittels des Drehwinkelsensors plausibilisiert werden, da anhand der Drehbewegung der Abtriebswelle erfasst werden kann, ob der Motor das Getriebeelement in seine Auslegeposition gestellt hat.
Wie zuvor beschrieben, kann der Grundträger mehrere Elemente der Sensoreinrichtung bereitstellen. Nach einer Ausgestaltung kann der Grundträger mit dem montierten Magnetelement und dem montierten Sensorelement und der wenigstens einen Leiterbahn und dem wenigstens einen Grundträgeranschluss eine Baugruppe bilden. Der wie zuvor beschrieben ausgestaltete Grundträger kann somit als Baugruppe bereitgestellt werden und als Baugruppe in dem Getriebeaktor verbaut werden. Die beschriebene Baugruppe kann vorbereitet werden und als Baugruppe in das Aktorgehäuse eingesetzt werden. Anschließend kann die Leiterplatte in das Aktorgehäuse eingesetzt und der Grundträger, insbesondere mit dem Grundträgeranschluss, in der Leiterplatte verpresst werden.
Neben dem Getriebeaktor betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, das einen zuvor beschriebenen Getriebeaktor und ein mit dem Getriebeaktor gekoppeltes und von dem Getriebeaktor bewegbares Getriebeelement, insbesondere ein Klauenelement einer Klauenkupplung, umfasst. Sämtliche Vorteile, Einzelheiten und Merkmale, die in Bezug auf den Getriebeaktor beschrieben wurden, sind vollständig auf das Kraftfahrzeug übertragbar.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Fig. erläutert. Die Fig. sind schematische Darstellung und zeigen:

1 eine Schnittdarstellung eines Getriebeaktors nach einem Ausführungsbeispiel;
2 einen Ausschnitt einer Prinzipdarstellung einer Getriebeeinrichtung in einem Kraftfahrzeug;
3 einen perspektivischen Ausschnitt eines geöffneten Getriebeaktors der Getriebeeinrichtung nach 1
4 ein Detail der Darstellung von 1, 2;
5 ein Detail der Darstellung von 4;
6 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Grundträgers eines Getriebeaktors der Getriebeeinrichtung von 1-5; und
7 eine seitliche Darstellung des Grundträgers von 6.

1 zeigt eine Schnittdarstellung, insbesondere einen Längsschnitt eines Getriebeaktors 1, der insbesondere als Kupplungsaktor ausgebildet ist. Der Getriebeaktor 1 ist einer Getriebeeinrichtung 2 (vgl. 2) zugeordnet und dazu ausgebildet ein Getriebeelement 3 der Getriebeeinrichtung 2, insbesondere eine Kupplungsklaue einer Klauenkupplung, in verschiedene Schaltzustände zu überführen, zum Beispiel das Getriebeelement 3 zwischen einer ausgelegten Stellung und einer eingelegten Stellung zu bewegen.
Der Getriebeaktor 1 weist, wie in 1, 3 dargestellt ist, einen Motor 4 auf, der dazu ausgebildet ist, eine Drehbewegung zu erzeugen und die erzeugte Drehbewegung, in diesem Ausführungsbeispiel über eine Zwischenwelle 5, auf eine Abtriebswelle 6 zu übertragen. Die Abtriebswelle 6 ist in an und für sich bekannter Weise mit dem Getriebeelement 3 gekoppelt, wobei die genaue Form der Kopplung daher nicht näher beschrieben wird. Der Motor 4, die Zwischenwelle 5 und zumindest ein Abschnitt der Abtriebswelle 6 sind in einem Aktorgehäuse 7 des Getriebeaktors 1 aufgenommen. Das Aktorgehäuse 7 umgibt die aufgezählten Komponenten und trennt diese gegenüber der Umgebung ab. Das Aktorgehäuse 7 kann dabei eine Durchführung aufweisen, aus der die Abtriebswelle 6 aus dem Gehäuse geführt ist und über bekannte Mechanismen mit dem Getriebeelement 3 gekoppelt sein kann. In der hier beschriebenen Lösung kann es sich um einen elektro-mechanischen Aktor handeln, der mittels des elektrischen Motors 4 eine Drehbewegung an der Abtriebswelle 6 ausführt, um das Getriebeelement 3, zum Beispiel eine Kupplungsmechanik, zu betätigen.
Der Getriebeaktor 1 weist ferner eine Sensoreinrichtung 8 auf, die dazu ausgebildet ist, einen Schaltzustand, zum Beispiel eine Schaltposition, des Getriebeelements 3, das dem Getriebeaktor 1 zugeordnet ist bzw. dem der Getriebeaktor 1 zugeordnet ist, zu erfassen. Die Sensoreinrichtung 8 ist ebenfalls in das Aktorgehäuse 7 integriert, d.h. innerhalb des Aktorgehäuses 7 aufgenommen. Zum Beispiel ist in 1, 2, 4 dargestellt, dass das Aktorgehäuse 7 einen Sensorbereich für die Sensoreinrichtung 8 bereitstellt, in dem die Sensoreinrichtung 8 aufgenommen ist.
Aufgrund der Integration der Sensoreinrichtung 8 in den Getriebeaktor 1, insbesondere in das Aktorgehäuse 7 ist das separate Ausbilden einer Sensoreinrichtung außerhalb des Aktorgehäuses 7 bzw. separat zu dem Getriebeaktor 1 nicht erforderlich. Dadurch wird auch eine separate Steckverbindung, ein separates Sensorgehäuse und das Vorhalten eines separaten Bauraums für die separate Sensoreinrichtung nicht notwendig. Es ist daher auch nicht notwendig den Sensor und gegebenenfalls einen Magneten in einem eigenen, separaten Gehäuse zu umspritzen. Somit können auch die Fertigungstoleranzen eines separaten Spritzgussprozesses eingespart werden. Der hier beschriebene Getriebeaktor 1 ermöglicht es eine Sensoreinrichtung 8, insbesondere umfassend einen Hall-Sensor, einzusetzen, die die Anforderungen an eine definierte Safety-Klassifizierung der Positionserfassung, im Speziellen mit ASIL-C, erfüllt.
Wie der Darstellung in 1, 2, 4 entnommen werden kann, weist der Getriebeaktor 1 einen Grundträger 9 auf, der dazu ausgebildet ist, ein Sensorelement 10, zum Beispiel einen Hall-Sensor, aufzunehmen. Der Grundträger 9 weist dazu eine Sensorelementaufnahme 11 auf, in der das Sensorelement 10 aufgenommen ist. Im Bereich der Sensorelementaufnahme 11 weist der Grundträger 9 ferner eine Magnetelementaufnahme 12 auf, in der ein Magnetelement 13, insbesondere ein Dauermagnet bzw. Permanentmagnet aufgenommen ist. Das Magnetelement 13 und das Sensorelement 10 können einen sogenannten „back-biased“-Sensor ausbilden.
Wie insbesondere 2, 4 entnommen werden kann, ist die Sensorelementaufnahme 11 an dem Grundträger 9 derart angeordnet, dass das Sensorelement 10 in einem definierten Sensorwinkel 14, zum Beispiel gegenüber einer Längsachse des Grundträgers 9 bzw. der Ebene der Leiterplatte 17 aufgenommen ist. Der definierte Sensorwinkel 14 kann gegenüber weiteren Elementen des Getriebeaktors 1 oder der Getriebeeinrichtung 2 definiert werden. Der definierte Sensorwinkel 14 ist insbesondere derart gewählt, dass ein Erfassungsbereich des Sensorelements 10 senkrecht auf einer Tangente 15 des, insbesondere kreisrunden, Getriebeelements 3 steht. Wie beschrieben, kann das Getriebeelement 3 eine Kupplungsklaue darstellen, die in ihrem Erfassungsbereich bzw. im Erfassungsbereich des Sensorelements 10 eine Schulter ausbildet, die bzw. deren Position von dem Sensorelement 10 erfasst werden kann.
In 4, 5 ist dargestellt, dass das Sensorelement 10 und ein Abschnitt des Grundträgers 9 an einer Innenfläche des Aktorgehäuses 7 anliegen, sodass deren Position bzw. die Position des Grundträgers 9 in dieser Richtung festgelegt ist. In 4 ist ferner dargestellt, dass der Grundträger 9 einen Grundträgeranschluss 16 bereitstellt, beispielsweise in Form von mehreren Pins, mittels welchem Grundträgeranschluss 16 der Grundträger 9 mit einer Leiterplatte 17 verbunden ist. Beispielsweise kann der Grundträger 9 zusammen mit dem Sensorelement 10 und dem Magnetelement 13 in das Aktorgehäuse 7 eingebracht werden. Anschließend kann die Leiterplatte 17 auf den Grundträgeranschluss 16 aufgepresst werden, sodass der Grundträger 9 in dem Aktorgehäuse 7 festgelegt ist.
Der Grundträger 9 weist ferner, wie insbesondere in 6, 7 dargestellt ist, mehrere Leiterbahnen 18 auf, welche Leiterbahnen 18 in einem Grundkörper des Grundträgers 9 integriert sind, beispielsweise als umspritztes Stanzgitter ausgebildet sind. Die Leiterbahnen 18 verbinden Anschlüsse des Sensorelements 10 mit dem Grundträgeranschluss 16, sodass das Sensorelement 10 letztlich mit der Leiterplatte 17 verbunden ist.
Die beschriebene Ausgestaltung schlägt somit einen Grundträger 9 vor, der das Sensorelement 10 und das Magnetelement 13 trägt und in das Aktorgehäuse 7 integriert ist. Der Grundträger 9 kann insbesondere als vorbereitete Baugruppe (Teilzusammenbau) bereitgestellt werden und, wie bereits beschrieben, in das Aktorgehäuse 7 eingesetzt und anschließend mit der Leiterplatte 17 verpresst werden. Der Grundträger 9 ist derart gestaltet, dass keine separaten Steckverbinder zur Anbindung des Sensorelements 10 an die ebenfalls in das Aktorgehäuse 7 integrierte Leiterplatte 17 innerhalb des Aktorgehäuses 7 notwendig sind. Der Grundträgeranschluss 16 kann, beispielsweise durch Verschweißen der Pins mit den entsprechenden Aufnahmen in der Leiterplatte 17, fest mit der Leiterplatte 17 verbunden werden.
Wie insbesondere in 4 dargestellt ist, weist das Magnetelement 13 eine definierte Magnetfeldausrichtung auf, die mittels einer Hilfslinie 19 dargestellt ist. Die Magnetfeldausrichtung ist so eingestellt, dass diese winklig zur Erfassungsrichtung des Sensorelements 10 ausgerichtet ist. Dadurch wird erreicht, dass die Stellen höchster Flussdichte des Magnetelements 13 nicht im Erfassungsbereich des Sensorelements 10 liegen, sondern an Abschnitten des Aktorgehäuses 7, die außerhalb des Erfassungsbereichs des Sensorelements 10 liegen. Werden durch das Magnetelement 13 Verunreinigungen innerhalb der Getriebeeinrichtung 2 angezogen, sammeln diese sich an der Außenfläche des Aktorgehäuses 7 an, und zwar in Bereichen, die außerhalb des Erfassungsbereichs des Sensorelements 10 liegen. Die angesammelten Verunreinigungen beeinflussen daher die Erfassung der Sensoreinrichtung 8 nicht.
Darüber hinaus kann als Magnetelement 13 ein Dauermagnet verwendet werden, der quer durch seine Längsrichtung magnetisiert ist. Durch die Geometrie und Magnetisierungsrichtung liegen die Stellen der höchsten magnetischen Flussdichte nicht direkt unter dem Sensorbereich des Aktorgehäuses 7, sondern seitlich daneben, zum Beispiel rechts und links des Sensorbereichs. Dadurch sammeln sich Verunreinigungen, zum Beispiel Metallspäne, im Betrieb der Getriebeeinrichtung 2 nicht direkt unter dem Sensorelement 10, sondern im Bereich der höchsten Flussdichte. Dies verhindert einen Einfluss auf das Sensorsignal des Sensorelements 10 im Vergleich zu herkömmlichen back-biased Hall-Sensoren.
Durch die Auslegung der Sensoreinrichtung 8 kann ein einfach magnetisiertes, quaderförmiges Magnetelement 13 eingesetzt werden, wodurch eine kostengünstige back-biased Sensorik bereitgestellt ist. Durch die Auslegung der Sensoreinrichtung 8 kann die axiale Bewegung des Getriebeelements 3, beispielsweise aus Stahl bzw. ferromagnetischem Material, erfasst werden. Darüber hinaus lässt das hier beschriebene Konzept der Sensoreinrichtung 8 eine einfache und kostengünstige Geometrie des zu erfassenden Getriebeelements 3 zu. Aus herkömmlichen Lösungen bekannte, komplexe V-Nut Geometrien sind für den Betrieb der vorliegenden Sensoreinrichtung 8 nicht erforderlich. Für den Betrieb der hierin beschriebenen Sensoreinrichtung 8 kann lediglich eine gerade Schulter mit scharfer Abrisskante an dem Getriebeelement 3 dargestellt werden.
Die Leiterplatte 17 kann für die Kommunikation mit wenigstens einer Steuerungsvorrichtung des Kraftfahrzeugs eine integrierte Steuerungseinrichtung, zum Beispiel einen Microcontroller mit Steuerungs-Software, aufweisen. Auf der Leiterplatte 17 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel, beispielsweise ersichtlich aus 2, 4, ein Drehwinkelsensor 20 angeordnet, der ein Drehwinkelsignal bzw. eine Veränderung des Drehwinkelsignals des Getriebeaktors 1, zum Beispiel der Abtriebswelle 6 erfassen kann. Die Erfassung kann dabei direkt an der Abtriebswelle 6 oder alternativ an der Zwischenwelle 5 erfolgen.
Der Schaltzustand des Getriebeelements 3 kann somit zum einen über den Drehwinkelsensor 20 und zum anderen über die Sensoreinrichtung 8 erfasst werden, die beide in den Getriebeaktor 1, insbesondere in dessen Aktorgehäuse 7, integriert sind. Hierbei kann eine Plausibilisierung des erfassten Schaltzustands des Getriebeelements 3 vorgenommen werden, indem über die Sensoreinrichtung 8 oder den Drehwinkelsensor 20 der Schaltzustand erfasst und entsprechend mittels des Drehwinkelsensors 20 oder der Sensoreinrichtung 8 der erfasste Schaltzustand plausibilisiert bzw. verifiziert wird oder umgekehrt.
Somit ist es möglich, neben dem Signal der direkten Positionserfassung des Getriebeelements 3, das durch die Sensoreinrichtung 8 erfasst wird, auch das Drehwinkelsignal des Drehwinkelsensors 20 zu verwenden, um den Zustand der Getriebeeinrichtung 2 zu erfassen bzw. zu plausibilisieren. Solange die Zwischenwelle 5 des Getriebeaktors 1, an welcher der Drehwinkel über den Drehwinkelsensor 20 gemessen wird, beim Öffnen des Getriebeelements 3 fest mit dem schiebbaren Getriebeelement 3 verbunden ist, lässt sich der geöffnete Zustand des Getriebeelements 3 über beide Sensoriken plausibilisieren. Dadurch können die Diagnosen der jeweiligen Sensoren verbessert werden.
Zum Beispiel kann mittels der beschriebenen Steuerungseinrichtung eine Einlegeposition des Getriebeelements 3 mittels des Drehwinkelsignals des Drehwinkelsensors 20 erfasst und mittels eines Positionssignals der Sensoreinrichtung 8 plausibilisiert werden. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, eine Auslegeposition mittels des Positionssignals der Sensoreinrichtung 8 zu erfassen und mittels einer des Drehwinkelsignals des Drehwinkelsensors 20 zu plausibilisieren.
Die in den einzelnen Ausführungsbeispielen gezeigten Vorteile, Einzelheiten und Merkmale sind beliebig miteinander kombinierbar, aufeinander übertragbar und untereinander austauschbar. Der Getriebeaktor 1, kann, wie beschrieben, Bestandteil einer Getriebeeinrichtung 2 sein. Die Getriebeeinrichtung 2 kann in einem Kraftfahrzeug angeordnet sein. Ein solches Kraftfahrzeug kann die Getriebeeinrichtung 2 und den Getriebeaktor 1 aufweisen.
Bezugszeichen

1: Getriebeaktor
2: Getriebeeinrichtung
3: Getriebeelement
4: Motor
5: Zwischenwelle
6: Abtriebswelle
7: Aktorgehäuse
8: Sensoreinrichtung
9: Grundträger
10: Sensorelement
11: Sensorelementaufnahme
12: Magnetelementaufnahme
13: Magnetelement
14: Sensorwinkel
15: Tangente
16: Grundträgeranschluss
17: Leiterplatte
18: Leiterbahn
19: Hilfslinie
20: Drehwinkelsensor

Claims

Getriebeaktor (1), insbesondere Kupplungsaktor, umfassend ein Aktorgehäuse (7), in dem eine Abtriebswelle (6) und ein zum Antrieb der Abtriebswelle (6) ausgebildeter Motor (4) angeordnet ist, welche Abtriebswelle (6) dazu ausgebildet ist, ein Getriebeelement (3), insbesondere eine Kupplungsklaue, zu bewegen und weiterhin einen Drehwinkelsensor zur Erfassung eines Drehwinkels der Abtriebswelle (6), gekennzeichnet durch eine in das Aktorgehäuse (7) integrierte weitere Sensoreinrichtung (8), die dazu ausgebildet ist, einen Schaltzustand, insbesondere eine Schaltposition des dem Getriebeaktor (1) zugeordneten Getriebeelements (3) über ein Positionssignal zu erfassen und mittels eines Drehwinkelsignals des Drehwinkelsensors zu plausibilisieren.
Getriebeaktor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (8) einen Grundträger (9) mit einer Sensorelementaufnahme (11) aufweist, in der wenigstens ein Sensorelement (10), insbesondere ein Hall-Sensor, in einem definierten Sensorwinkel (14) aufgenommen ist.
Getriebeaktor (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der definierte Sensorwinkel (14) derart ausgerichtet ist, dass eine Erfassungsrichtung des Sensorelements (10) rechtwinklig zu einer Tangente (15) des Getriebeelements (3), insbesondere eines Schulterbereichs, ausgerichtet ist.
Getriebeaktor (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundträger (9) wenigstens eine Leiterbahn (18), insbesondere ein umspritztes Stanzgitter, aufweist, welche Leiterbahn (18) dazu ausgebildet ist, ein an dem Grundträger (9) angeordnetes Sensorelement (10) mit einem Grundträgeranschluss (16) zu verbinden.
Getriebeaktor (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundträger (9) einen Grundträgeranschluss (16), insbesondere wenigstens einen Pin, aufweist, der dazu ausgebildet ist, wenigstens eine Leiterbahn (18) des Grundträgers (9), insbesondere mittels Einpressens des wenigstens einen Pins, mit einer Leiterplatte (17) zu verbinden.
Getriebeaktor (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundträger (9) eine Magnetelementaufnahme (12) aufweist, die dazu ausgebildet ist, ein Magnetelement (13) in einer definierten Magnetfeldausrichtung, insbesondere eine Ausrichtung des Magnetfelds winklig zur Erfassungsrichtung des Sensorelements (10), aufzunehmen.
Getriebeaktor (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen, insbesondere auf einer mit wenigstens einer Komponente der Sensoreinrichtung (8) gemeinsamen Leiterplatte (17) angeordneten, Drehwinkelsensor (20), der dazu ausgebildet ist, einen Zustand der Abtriebswelle (6), insbesondere mittels Erfassung eines Drehwinkels einer Zwischenwelle (5), zu erfassen.
Getriebeaktor (1) nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine, insbesondere in den Getriebeaktor (1) integrierte, Steuerungseinrichtung, die dazu ausgebildet ist, eine Einlegeposition mittels eines Drehwinkelsignals des Drehwinkelsensors (20) zu erfassen und mittels eines Positionssignals der Sensoreinrichtung (8) zu plausibilisieren und/oder eine Auslegeposition mittels eines Positionssignals der Sensoreinrichtung (8) zu erfassen und mittels eines Drehwinkelsignals des Drehwinkelsensors (20) zu plausibilisieren.
Getriebeaktor (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundträger (9) mit dem montierten Magnetelement (13) und dem montierten Sensorelement (10) und der wenigstens einen Leiterbahn (18) und dem wenigstens einen Grundträgeranschluss (16) eine Baugruppe bildet.
Kraftfahrzeug, umfassend einen Getriebeaktor (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche und ein mit dem Getriebeaktor (1) gekoppeltes und von dem Getriebeaktor (1) bewegbares Getriebeelement (3), insbesondere ein Klauenelement einer Klauenkupplung.