KR20160140630A - 자동차 변속기용 변속기 액추에이터 - Google Patents

Abstract

싱글 모터형 변속기 액추에이터, 다시 말하면 정확히 하나의 모터, 특히 전기 모터를 포함한 변속기 액추에이터는 2개의 하우징 어셈블리를 포함한다. 제1 하우징 어셈블리 내에는 모터뿐만 아니라 이 모터를 작동시키는 전자 유닛도 배치되며, 그에 반해 제2 하우징 어셈블리 내에는 스핀들 드라이브뿐 아니라 캠 기구를 포함하는 액추에이터 유닛이 배치된다. 액추에이터 유닛은 특히 자동차 내의 수동 변속기에서 선택적으로 변속 과정 또는 선택 과정을 실행하도록 형성된다. 두 하우징 어셈블리는 2개의 샤프트, 즉 구동 샤프트 및 측정 샤프트를 통해 서로 작동 연결되고, 구동 샤프트는 스핀들 드라이브뿐 아니라 캠 기구 모두의 입력 샤프트이며, 측정 샤프트는 캠 기구와 작동 연결되는 부재, 특히 중간 기어 휠의 상태를 검출하고 이와 동시에 전자 유닛의 컴포넌트를 형성하는 센서와 상호작용하기 위해 제공된다.

Description

자동차 변속기용 변속기 액추에이터{TRANSMISSION ACTUATOR FOR A MOTOR VEHICLE TRANSMISSION}

본 발명은 자동차 변속기용으로 싱글 모터형 변속기 액추에이터(single-motor transmission actuator)로서 형성되는 액추에이터에 관한 것이다. 싱글 모터형 변속기 액추에이터는 단일의 모터, 전형적으로 전기 모터를 이용하여 차량의 수동 변속기에서 선택 과정들 및 변속 과정들의 실행을 가능하게 한다. 싱글 모터형 변속기 액추에이터들은 순수하게 내연기관으로 구동되는 차량에서뿐만 아니라 하이브리드 자동차에서도 이용될 수 있다. 원칙상, 전기 자동차가 수동 변속기를 포함하는 것에 한해, 전기 자동차에서의 이용 역시도 생각해볼 수 있다.

자동차 변속기용으로 싱글 모터형 변속기 액추에이터로서 구성되는 액추에이터뿐만 아니라 관련된 작동 방법은 예컨대 DE 10 2006 054 901 A1에 공개되어 있다. 제어 유닛에 의해 제어되는, 상기 변속기 액추에이터의 전기 모터는 기어휠 단(gearwheel stage)을 통해 나사 스핀들(threaded spindle)을 구동한다. 나사 스핀들에 상대적으로 회전 가능한 편심 유닛은, 자동차 변속기의 시프팅 샤프트의 축 방향 이동을 야기하도록 형성된다. 상술한 축 방향 이동은 선택 과정이다. 이와 달리, 변속 과정의 경우 시프팅 샤프트는 선회된다. 시프팅 샤프트의 선회는 스핀들 드라이브를 통해 구동되는 래크와 피니언 기어를 통해 수행된다.

DE 10 2004 038 955 A1은 마찬가지로 자동차 변속기를 위한 작동 유닛도 공개하고 있으며, 이 작동 유닛은 변속단 전환 동안 선택 기능 및 변속 기능을 보장한다. 작동 유닛은, 중간에 중간 변속단으로 변속하지 않으면서, 적어도 3가지 목표 변속단(target gear)을 택일적으로 체결하도록 형성된다.

또 다른 싱글 모터형 변속기 액추에이터는 예컨대 DE 10 2013 207 871 A1에 공개되어 있다. 이런 경우에, 회전 동작을 병진 동작, 다시 말하면 선택 동작으로 변환하기 위해, 가이드 트랙을 포함한 선택 포트(selection pot)가 제공된다. 회전 동작은 스핀들 드라이브로부터 분기된다.

동일한 스핀들 드라이브는, DE 10 2006 054 901 A1의 경우에서처럼, 맨 먼저 스핀들의 회전 동작을 스핀들 너트의 병진 동작으로 변환하고 이 병진 동작으로부터 래크와 피니언 기어를 통해 다시금 시프팅 샤프트의 회전 동작, 즉 선회 동작, 다시 말하면 변속 동작을 생성하기 위해 이용된다.

본 발명의 과제는, 특히 조립 및 검사 가능성의 관점에서 상술한 종래 기술에 비해 싱글 모터형 변속기 액추에이터를 향상시키는 것에 있다.

상기 과제는 본 발명에 따라서 청구항 제1항의 특징들을 갖는 변속기 액추에이터를 통해, 그리고 청구항 제10항에 따른 변속기 액추에이터의 조립 방법을 통해 해결된다. 하기에서 조립 방법과 관련하여 설명되는 구현예들 및 장점들은 그 의미에 부합하게 장치, 다시 말하면 변속기 액추에이터에도 적용되며, 그 반대로도 적용된다.

완전하게 조립되어, 특히 자동차의 수동 변속기에서 변속 및 선택 과정들을 실행하기 위한 싱글 모터형 변속기 액추에이터로서 형성되는 변속기 액추에이터는 서로 고정 연결된 2개의 하우징 어셈블리를 포함한다. 제1 하우징 어셈블리 내에는, 변속기 액추에이터의 모터, 특히 전기 모터와, 이 모터를 작동시키는 전자 유닛이 위치된다. 모터는 예컨대 전자 정류형 전기 모터이다. 전기 모터 대신, 원칙상 또 다른 모터, 예컨대 유압 모터 역시도 변속기 액추에이터의 단일의 모터로서 제공될 수 있다. 어느 경우든, 제1 하우징 어셈블리를 통해 싱글 모터형 변속기 액추에이터의 구동 유닛이 제공된다.

제2 하우징 어셈블리 내에는, 어느 경우든, 변속 과정들 동안 이용되는 스핀들 드라이브와 선택 과정들 동안 이용되는 캠 기구를 포함하는 액추에이터 유닛이 위치된다. 이 경우, 스핀들 드라이브는 회전 동작, 즉 스핀들의 회전을, 선형 동작, 즉 스핀들 너트의 변위를 통해 다시금 회전 동작, 즉 시프팅 샤프트의 선회로 변환하기 위해 이용된다. 변속기 액추에이터의 모터에 의해 구동되는 구동 샤프트는 스핀들 드라이브뿐 아니라 캠 기구 모두의 입력 샤프트이다. 스핀들 드라이브와 마찬가지로 캠 기구 역시도 회전 동작을 선형 동작으로 변환하며, 캠 기구의 경우 선형 동작은 시프팅 샤프트의 종방향으로 이루어지는 시프팅 샤프트의 변위이다. 캠 기구는 바람직하게 선택 포트에 의해 실현되며, 이 선택 포트는, 특정 회전 방향에서 전기 모터의 샤프트의 회전에 수반되는 변화없는 방향의 회전 동작이, 전환되는 방향을 갖는 선형 동작으로 변환되는 방식으로 형성된다. 제조 기술 측면에서 유리한 방식으로, 선택 포트는 바람직하게 2개 부재형으로 구성되며, 분할선은 캠 기구의 캠 트랙(cam track)을 따라서 연장된다. 전기 모터와 캠 기구 사이에 연결되는 프리 휠(free wheel)에 의해서는, 전기 모터의 회전 방향의 전환 시 선택 동작에서 변속 동작으로 전환된다.

캠 기구와 작동 연결되는 부재의 검출을 위해, 전자 유닛의 컴포넌트를 형성하는 센서와 상호작용하는 측정 샤프트가 제공된다. 측정 샤프트는, 스핀들 드라이브뿐만 아니라 캠 기구 역시도 작동하게 하는 구동 샤프트와 마찬가지로, 제1 하우징 어셈블리로부터 제2 하우징 어셈블리 쪽으로 연장된다. 두 하우징 어셈블리를 서로 결합하는 추가의 가동 부재들은 바람직한 구현예의 경우 제공되지 않는다.

액추에이터 유닛의 기계식 부재의 이동 및/또는 각도 위치를 관련된 부재에서 직접적으로, 또는 가능한 한 가까운 위치에서 검출하여 검출된 신호를 전기적으로 전송하는 것 대신, 본 발명에 따라서는, 제1 하우징 어셈블리 내에 통합되는 전자 유닛에서 우선 센서를 이용하여 기계 신호에서 전기 신호로의 변환을 실행하기 위해, 바람직하게는 다중 부재형이면서 기계식 보상 부재로서 기능하는 측정 샤프트를 통해 맨 먼저 신호가 순수하게 기계적으로 전송된다. 측정 샤프트에서 관련된 센서를 통해 감지되는 섹션은 바람직하게 (센서의 축 방향 위치와 관련하여) 기계적으로 정의된 위치에서, 특히 센서에 대해 정의된 작은 이격 간격에서 제1 하우징 어셈블리 내에서 회전 가능하게 지지되며, 베어링은 미끄럼 베어링으로서 실현될 수 있다.

측정 샤프트가 다중 부재형으로 형성되는 경우, 센서 샤프트로서도 지칭되는 측정 샤프트에서 제1 하우징 어셈블리 내에 통합되는 부분은 바람직하게 클램핑 케이지(clamping cage)로서 형성된다. 스플라인 치형부(spline toothing)의 형태에서 클램핑 케이지 내로는 액추에이터 유닛에 할당될 측정 샤프트의 제2 부재가 삽입되며, 측정 샤프트의 두 부재는 원주방향으로 유격 없이 서로 연결된다. 그에 따라, 정확한 각도 신호가 구동 유닛에 전송될 수 있다.

변속기 액추에이터의 구동 유닛은, 제2 하우징 어셈블리와 조립되지 않고도, 작동 중에 기능성에 대해 완전하게 검사될 수 있는 완전히 작동 가능한 서브 시스템이다. 이 경우, 구동 유닛 내에서는 모터, 전자 장치, 센서 장치 및 소프트웨어와 같은 모든 필요한 컴포넌트가 상호작용한다. 예컨대 구동 유닛의 검사의 범위에서, 토크와 회전수 간의 관계를 나타내는 모터 특성곡선이 저장되고 검사될 수 있다. 동일한 방식으로, 전자 입력단들 및 출력단들, 센서들 및 안전 기능들을 검사하고 이런 배경에서 예컨대 회전각도를 기록할 수 있다. 이런 유형의 검사들은 구동 유닛의 개별 컴포넌트들에서 여전히 충분히 실행될 수 없을 수도 있는데, 그 이유는 구동 유닛의 내부에서 컴포넌트들의 상호작용은 검사의 범위에서 함께 검사되기 때문이다.

따로 분리되어 검사될 수 있는 구동 유닛과 달리, 액추에이터 유닛은, 두 하우징 어셈블리가 조립될 때 비로소 정기적으로 검사된다. 그 이유는, 특히 구동 유닛의 기계식 컴포넌트들이 제1 하우징 어셈블리 상에서 지지되고, 그로 인해 제2 하우징 어셈블리 내에 통합된 액추에이터 유닛은 구동 유닛과 유사하게 독립적으로 검사될 수 없다는 것에 있다. 두 하우징 어셈블리의 분해는, 예컨대 결함 있는 구동 유닛을 교환하기 위해 비파괴 방식으로 가능할 수 있다.

바람직하게 구동 샤프트 및 측정 샤프트는 서로 평행하게 배치되며, 전자 유닛은 두 샤프트에 대해 법선으로 배치된 인쇄회로기판을 포함하며, 이 인쇄회로기판은 두 샤프트의 회전축에 의해 교차되는 방식으로 확장된다. 측정 샤프트와 상호작용하는 센서와 유사한 방식으로, 바람직한 구현예에서, 구동 샤프트와 상호작용하는 센서 역시도 인쇄회로기판 상에 배치된다. 각각의 센서는 관련된 샤프트, 다시 말하면 구동 또는 측정 샤프트의 각도 위치 및/또는 회전을 검출하도록 형성되며, 바람직하게 각각의 샤프트 상에는, 정보를 관련된 센서 상으로 전송하기 위해 영구자석, 특히 하드 페라이트 자석이 배치된다. 구동 샤프트의 회전을 검출하는 센서는 바람직하게 증분식 인코더로서 기능하면서 전기 모터의 정류를 위해 이용되는 반면, 측정 샤프트와 상호작용하면서 선택 변위 센서로서도 지칭되는 센서는 상응하는 샤프트, 다시 말하면 측정 샤프트의 각도 위치에 대한 절댓값 정보를 바람직하게 공급하며, 그럼으로써 싱글 모터형 변속기 액추에이터의 의도되는 작동 중에 기준 위치로의 이동은 생략될 수 있다. 실험실 조건하의 학습 단계에서, 외부 센서들에 의해, 선택 변위 센서의 표시되는 절대 위치들과 액추에이터 유닛의 관련된 실제 포지셔닝들 간의 관계가 검출될 수 있다. 싱글 모터형 변속기 액추에이터의 작동 동안 신속하게 제공될 수 있는 절대 각도 정보에 의해, 특히 전기 모터의 회전 방향이 전환되는 싱글 모터형 변속기 액추에이터의 상태들이 검출될 수 있다. 두 센서로부터 공급되는 신호들의 조합된 평가를 통해 예컨대 구동 샤프트가 회전하고 이와 동시에 측정 샤프트는 회전하지 않으면 분명히 변속 동작이 추론될 수 있으며, 이는 액추에이터 유닛의 캠 기구의 정지와 동일한 의미이다. 합리적인 방식으로, 각각 구조상 동일한 센서들 및 관련된 자석들이 변속기 액추에이터 내에서 이용될 수 있다. 자석들은 예컨대 접착을 통해, 그리고/또는 사출 성형 기술로 플라스틱으로 제조된 홀더들을 통해 관련된 샤프트 상에 고정된다.

구동 샤프트 또는 측정 샤프트와 상호작용하는 두 센서가 위치하는 인쇄회로기판은 바람직하게 제2 하우징 어셈블리의 반대 방향으로 향해 있는 모터의 측에서 제1 하우징 어셈블리의 단부면 상에 배치되어, 변속기 액추에이터의 지지 금속 컴포넌트와 평평하게 접착된다. 이 경우, 인쇄회로기판은, 시프팅 샤프트가 위치하는 평면에 대해 평행한 평면에 위치한다. 상술한 센서들에 추가로, 인쇄회로기판 상에 특히 싱글 모터형 변속기 액추에이터의 통합된 제어 유닛의 컴포넌트들로서 예컨대 마이크로컨트롤러, 출력단들, 커패시터들, 코일들 및/또는 변압기들이 위치한다. 선택사항으로, 싱글 모터형 변속기 액추에이터의 작동 동안 수집된 데이터가 저장된다. 데이터 및 에너지 전송은 예컨대 전자 유닛 상에서 원칙상 공지된 구조 유형의 플러그 타입 연결부들을 통해 수행될 수 있다.

전기 모터의 모터 샤프트와 동일하거나, 그와 고정 연결되는 구동 샤프트는 직접적으로, 또는 기어 장치를 통해 스핀들 드라이브를 구동한다. 기어 장치를 통해 구동하는 경우 기어 장치는 바람직하게 링 기어를 포함하고, 구동 샤프트의 외접 기어부는 링 기어의 내접 기어부와 치합된다. 특히 링 기어와 고정 연결되어 직접적으로, 즉 전기 모터를 통해, 또는 간접적으로 링 기어를 통해 구동되는 스핀들 드라이브의 스핀들은 스핀들 너트를 구동하며, 스핀들 너트의 변위는 축 방향으로 바람직하게 래크와 피니언 기어를 통해 시프팅 샤프트의 선회 동작으로 변환된다. 액추에이터 유닛에 할당될 래크와 피니언 기어는 가능한 구현예에서 2개의 래크를 포함하며, 전기 모터의 구동 방향이 동일할 뿐 아니라 스핀들 너트의 변위 방향도 동일할 때 시프팅 샤프트가 선택적으로 어느 한 방향 또는 그 반대되는 방향으로 선회되는 방식으로, 상기 래크들은 변속 동작 동안 시프팅 샤프트를 작동시키는 2개의 기어 휠과 연결될 수 있다.

가능하고 기능상 대응하는 추가 구현예에서, 래크와 피니언 기어는 오직 단일의 래크만을 포함하며, 이 래크는 스핀들 드라이브의 스핀들 너트와 동일하거나, 그와 고정 연결될 수 있다. 스핀들 축을 중심으로 래크의 선회를 통해, 시프트 로드를 선회시키는 상기 기어 휠들 중 선택적으로 일측 기어 휠 또는 타측 기어 휠이 구동된다. 래크와 피니언 기어의 컴포넌트를 형성하는 스핀들 너트는 스핀들의 제1 축 방향 영역에서 상기 스핀들 상에서 원주방향으로 지지되고 그에 따라 스핀들이 구동될 때 (스핀들 드라이브의 경우 통상적인 것처럼) 이 경우 회전하지 않으면서 변위될 수 있으며, 그에 반해 스핀들의 제2 축 방향 영역에서 스핀들 너트는 스핀들과 함께 회전하는 방식으로 고정 연결되는 회전 고정 방식으로 스핀들과 연결되며, 스핀들 드라이브는 선형 드라이브로서 비활성화된다.

캠 기구는 상술한 제2 축 방향 영역에서 바람직하게 중간 기어를 통해 스핀들 드라이브의 스핀들 너트와 연결된다. 측정 샤프트는 이 경우 바람직하게 중간 기어에 상대적으로 회전 고정 방식으로 배치되고 다중 부재형으로 형성되며, 그럼으로써 측정 샤프트는 하우징 어셈블리들 간에 제한된 축 방향 오프셋을 가능하게 한다. "축 방향"이란 전기 모터의 회전축에 관련된다. 변속기 액추에이터를 통해 선택적으로 회전 또는 선형 구동될 수 있는 시프팅 샤프트는 바람직하게 변속기 액추에이터의 모터의 회전축에 대해 직각으로 배치된다. 싱글 모터형 변속기 액추에이터는 바람직하게 홈붙이 링크들(slotted link)을 구비하여 시프팅 샤프트에 대해 동축으로 배치되는 시프트 드럼(shift drum)을 포함한다. 상기 홈붙이 링크들, 또는 이 홈붙이 링크들 내에 맞물리는 액추에이터 유닛의 핑거는 바람직한 구현예에서 각각 단지 일측 챔퍼(chamfer)만을 포함한다. 그에 따라, 이미 캠 기구와 관련하여 언급한 프리 휠을 통해 사전 설정되는 방향에 반대하여 어느 하나의 홈붙이 링크 내로 핑거의 삽입 동작들 및 그에 따른 변속기 액추에이터 내부에서의 비틀림은 방지된다. 어느 한 변속단을 체결하기 전에, 스핀들 드라이브의 스핀들 및 스핀들 너트는 바람직하게 정지되며, 이는 후속하는 변속 동작의 정밀도, 다시 말하면 어느 하나의 홈붙이 링크 내로 핑거의 삽입의 관점에서 바람직하다. 의도되지 않는 변속 동작의 방지를 위해, 바람직하게는 제1 하우징 어셈블리의 반대 방향으로 향해 있는 스핀들 드라이브의 영역에 예컨대 잠금 슬리브(locking sleeve)를 포함하는 스냅인 잠금장치가 제공된다.

액추에이터 유닛이 내부에 위치하는 제2 하우징 어셈블리는 합리적인 방식으로, 예컨대 성형 방법으로 수동 변속기의 변속기 하우징 상에 고정될 수 있다. 이와 달리, 두 하우징 어셈블리는 바람직하게 나사 연결부들을 통해 서로 고정 연결된다. 제1 하우징 어셈블리의 제조를 위한 재료로서는 특히 알루미늄, 또는 마그네슘을 기반으로 하기도 하는 경금속 합금이 적합하며, 제1 하우징 어셈블리 내에 위치하는 전기 모터의 스테이터는 바람직하게 경금속 구조부재 내로 압입 끼워 맞춰진다(그 대안으로 나사 조임되고, 그리고/또는 추가 구조부재들로 삽입 고정된다). 스테이터와 동일한 방식으로, 전기 모터의 로터 및 그에 따른 구동 샤프트의 베어링인 전기 모터의 구름 베어링들, 특히 볼 베어링들의 베어링 링들 역시도 경금속 구조부재 내로 압입 끼워 맞춰질 수 있으며, 그에 따라 특히 짧은 공차 연쇄가 실현될 수 있다.

변속기 액추에이터의 두 하우징 어셈블리 상호 간의 정확한 정렬은 두 하우징 어셈블리의 연결 측들 상의 센터링 윤곽부들을 통해 달성된다. 특히 제1 하우징 어셈블리의 윤곽부들이 제2 하우징 어셈블리의 윤곽부들 내로 맞물리는 과도결정(overdetermination)되지 않는 5점 센터링을 통해 정확한 결합이 보장된다. 제2 하우징 어셈블리에서 제1 하우징 어셈블리가 연결되는 해당 개구부 표면은, 바람직하고 조립 기술 측면에서 특히 유리한 구현예에서, 제2 하우징 어셈블리의 복수의 개구부 표면 중 가장 큰 개구부 표면이다. 제2 하우징 어셈블리의 상기 개구부 표면들 각각은 싱글 모터형 변속기 액추에이터의 작동 동안 기능 부재들을 포함하는 추가 어셈블리(특히 제1 하우징 어셈블리)를 통해, 또는 순수 덮개 부재를 통해 폐쇄된다. 단일의 작업 단계로, 조립 동안 하우징 어셈블리들 간의 기하학적으로 정의된 결합뿐만 아니라, 두 하우징 어셈블리 간에 토크 전달식 연결 및 측정 기술상 각도 위치 검출식 결합 역시도 형성될 수 있다.

특히 바람직한 사실은, 제1 하우징 어셈블리, 다시 말하면 전기 모터 및 관련된 전자 유닛이 내부에 위치하는 해당 하우징 어셈블리가, 제2 하우징 어셈블리 상에 장착되기 전에, 완비되어 기능이 검사될 수 있다는 것이다. 이 경우, 통일되어 형성되는 특정 유형의 제1 하우징 어셈블리는, 다양한 유형들의 제2 하우징 어셈블리와 선택적으로 조립되기 위해 제공될 수 있다. 그에 따라, 컴포넌트들, 즉 하우징 어셈블리들의 간단한 교환성 및 표준화된 검사 및 조립 단계들을 특징으로 하는, 하우징 어셈블리들의 다각적으로 조합 가능한 구성 세트가 실현될 수 있다. 전자 유닛은 어느 경우에든 하우징 어셈블리들이 조립되기 전에 검사될 수 있다. 싱글 모터형 변속기 액추에이터는 예컨대 트윈 클러치 변속기 또는 기타 자동화된 수동 변속기에서 이용하기 위한 외부 기어 변속 장치의 부분으로서 적합하다. 트윈 클러치 변속기의 경우, 싱글 모터형 변속기 액추에이터를 통해 작동될 수 있는 트윈 클러치 변속기의 시프팅 샤프는 바람직하게, 이 시프팅 샤프트의 제1 동작이 제1 부분 변속기의 하나의 변속단의 체결을 실현하고 마찬가지로 싱글 모터형 변속기 액추에이터를 통해 실행될 수 있는 시프팅 샤프트의 제2 동작이 제2 부분 변속기의 하나의 변속단의 체결을 실현하는 방식으로, 2개의 부분 변속기 사이에 마련된다.

선택적으로 동일한 샤프트의 선회 동작 또는 선형 동작이 기타 적용 사례에서, 예컨대 브레이크 액추에이터, 클러치 액추에이터, 또는 런닝 기어 액추에이터에서, 또는 고정식 기계에서 실행되는 것에 한해서, 이를 위해 마찬가지로 싱글 모터형 변속기 액추에이터가 이용될 수 있다.

하기에서는 본 발명의 일 실시예가 도면에 따라서 더 상세하게 설명된다.
도 1 및 도 2는 변속기 액추에이터의 2개의 하우징 어셈블리를 각각 도시한 사시도이다.
도 3은 변속기 액추에이터의 단면도이다.
도 4는 변속기 액추에이터의 하나의 하우징 어셈블리를 도시한 단면 사시도이다.
도 5는 변속기 액추에이터의 실링, 즉 가스켓이다.

전체적으로 도면부호 1로 식별 표시된 변속기 액추에이터는 싱글 모터형 변속기 액추에이터로서 형성되어 자동차의 미도시된 변속기 내에 변속 동작 및 선택 동작의 실행을 위해 제공된다. 싱글 모터형 변속기 액추에이터(1)의 원칙적인 기능에 대해서는 최초에 인용한 종래기술이 참조된다.

순수 내연기관으로 구동되는 차량에서의 이용을 위해서와 마찬가지로 하이브리드 구동 장치를 장착한 자동차에서 이용을 위해 적합한 변속기 액추에이터(1)는, 도 2 또는 도 1에 각각 따로 분리되어 도시되어 있고 도 3에서는 조립된 상태로 도시되어 있는 2개의 하우징 어셈블리(2, 3)로 구성된다. 제1 하우징 어셈블리(2)는 구동 유닛으로서도 지칭되고 제2 하우징 어셈블리(3)는 액추에이터 기구로서도 지칭된다. 모터(4), 즉 전기 모터 및 관련된 전자 유닛(5)은 구동 유닛(2)의 컴포넌트들이다. 도 1에는, 수동 변속기의 시프팅 샤프트(6)가 오직 가장 기초적으로만 도시되어 있다. 시프팅 샤프트(6)는 변속기 액추에이터(1)를 통해 선형 방향(L)으로 변위될 수 있을 뿐만 아니라 원주방향(U)으로 선회될 수도 있다. 시프팅 샤프트(6)의 변위는 선택 동작이고, 선회는 변속 동작이다. 원칙상, 변속기 액추에이터(1)는, 선회 동작 또는 변속 동작을 실행하도록 형성되며, 두 동작 유형, 다시 말하면 동작 단계 간에 시프팅 샤프트(6)가 동시에 선형 방향(L)으로 변위되면서 원주방향(U)으로도 선회되는 전이 단계들 역시도 제공될 수 있다.

시프팅 샤프트(6)의 기재한 제어 동작들의 실행을 위해, 제2 하우징 어셈블리(2) 내에는 액추에이터 유닛(7)이 통합되며, 이 액추에이터 유닛은 다양한 기어 컴포넌트, 특히 스핀들 드라이브(8)뿐 아니라 캠 기구(9)를 포함한다. 변속 과정들에서는 스핀들 드라이브(8)가 이용되며, 선택 과정들에서는 캠 기구(9) 역시도 이용된다.

하우징 어셈블리(2, 3) 간에 토크 전달식 및 측정 기술상의 결합을 위해, 2개의 샤프트(10, 11), 즉 구동 샤프트(10)와 측정 샤프트(11)가 제공된다. 전기 모터(4)의 샤프트와 동일하고 2개의 구름 베어링(12, 13)을 통해 지지되는 구동 샤프트(10)는 외접 기어부(14)를 포함하고, 이 외접 기어부는, 액추에이터 유닛(7)의 부분인 링 기어(16)의 내접 기어부(15)와 치합된다. 그에 따라, 구동 샤프트(10) 및 링 기어(16)를 통해 기어 장치(17), 즉 감속 기어가 제1 하우징 어셈블리(2)와 제2 하우징 어셈블리(3) 사이에 형성된다. 구동 샤프트(10)는 스핀들 드라이브(8)뿐 아니라 캠 기구(9) 모두의 입력 샤프트이며, 구동 샤프트(10)로부터 출력이 중간에 개재된 기어 부재들을 경유하여 각각의 기어 장치, 다시 말하면 스핀들 드라이브(8) 또는 캠 기구(9)로 유도된다. 구동 샤프트(10) 및 링 기어(16)는, 하우징 어셈블리들(2, 3) 간의 토크 전달식 결합이 하우징 어셈블리들(2, 3) 간에 축 방향 오프셋이 있을 시에도 (특정 공차 범위가 초과되지 않는 것에 한해) 보장되는 상태로 유지되는 방식으로 치수 설계된다. 여기서 "축 방향 오프셋"이란 표현은 구동 샤프트(10)의 회전축, 다시 말하면 전기 모터(4)의 축에 관련된다. 링 기어(16)는 스핀들 드라이브(8)의 스핀들(18)과 고정 연결되며, 관련된 스핀들 너트는 도면부호 19로 식별표시되어 있다. 제2 하우징 어셈블리(3) 내에서 스핀들(18)의 지지는 [스핀들(18)과 관련하여] 축 방향에서 링 기어(16)와 스핀들 너트(19) 사이에 배치되는 구름 베어링(20)에 의해 수행된다. 두 하우징 어셈블리(2, 3)의 서로를 향해 있는 윤곽부들은, 구름 베어링(20), 다시 말하면 볼 베어링으로서 실현된 스핀들 베어링이 제1 하우징 어셈블리(2)를 통해 축 방향으로 제2 하우징 어셈블리(3) 내에서 고정되는 방식으로 형성된다. 그에 따라 액추에이터 기구(3) 내에서 구름 베어링(20)의 고정을 위한 별도의 고정 부재들, 예컨대 스냅 링들 또는 나사들은 필요하지 않다.

구동 샤프트(10)와 달리, 측정 샤프트(11)는 다중 부재형으로, 즉 클램핑 케이지의 형태인 자석 지지대(22)와 보조 샤프트(21)로 구성된다. 보조 샤프트(21)는, 제2 하우징 어셈블리(3) 내에 배치되어 스핀들 드라이브(8)와 캠 기구(9) 사이의 기어 컴포넌트를 형성하는 중간 기어 휠(23)과 고정 연결된다. 중간 기어 휠(23)은 선택 동작 동안, 직접 또는 간접적으로, 캠 기구(9)의 부분이면서 도 3에 가장 기초적으로만 도시되어 있는 선택 포트(24)를 회전시킨다. 그에 따라, 중간 기어 휠(23)은, 캠 기구(9)와 작동 연결된 부재를 나타낸다.

선택 포트(24)의 선회축은 시프팅 샤프트(6)의 대칭 축과 일치하며 그에 따라 구동 샤프트(10) 및 스핀들(18)에 대해 직각으로 정렬된다. 선택 포트(24)와 캠 기구(9)의 미도시한 추가 컴포넌트 사이에 회전체를 위한 캠 트랙이 형성되며, 이 캠 트랙은 선택 포트(24)의 회전을 시프팅 샤프트(6)의 선형 동작으로 변환하기 위해 이용된다. 이에 반해, 스핀들 드라이브(8)의 내부에서는 시프팅 샤프트(6)의 선형 동작으로 전달되는 선형 동작들은 존재하지 않는다. 오히려 중간 기어 휠(23)의 구동 동안 스핀들 드라이브(8)를 통해 스핀들 너트(19)는 이 경우 중간 기어 휠(23)을 구동하기 위해 스핀들(18)과 회전 고정 방식으로 결합된다. 그에 따라, 스핀들 드라이브(8)는, 선택 과정의 범위에서, 다시 말하면 시프팅 샤프트(6)의 변위의 범위에서 실행되는 상기 과정들에서, 회전 동작과 선형 동작 간의 변환을 위한 기어 장치로서 작용하지 않는다.

보조 샤프트(21)는 제1 하우징 어셈블리(3)로 향해 있는 자체의 단부 상에 외접 기어부(25)를 포함하고, 이 외접 기어부는 슬리브형 자석 지지대(22)의 내접 기어부(26)와 작용하며, 그에 따라 하우징 어셈블리들(2, 3) 간의 제한되는 축 방향 오프셋을 허용하는, 각도 위치와 관련하여 유격이 없는 플러그 타입 연결부(27)가 형성된다. 자석 지지대(22)는 전자 유닛(5)으로 향해 있는 자체의 면에서 자석(28), 즉 하드 페라이트 자석을 지지한다. 유사한 방식으로, 구동 샤프트(10)는 상응하는 면에서, 다시 말하면 제2 하우징 어셈블리(2)의 반대 방향으로 향해 있는 면에서 자석(29)을 지지하며, 이 자석도 마찬가지로 하드 페라이트 자석이다. 자석들(28, 29)은, 전자 유닛(5)의 인쇄회로기판(32) 상에 배치된 센서들(30, 31)과 상호작용한다. 센서들(30, 31)의 치수에 비해, 자석들(28, 29)은 큰 지름, 예컨대 10㎜를 상회하는 지름, 특히 각각 15㎜의 지름을 갖는다.

인쇄회로기판(32) 상의 평면에 배치되는 두 센서(30, 31)는 전체 인쇄회로기판(32)과 동일한 방식으로, 제2 하우징 어셈블리(3)의 반대 방향으로 향해 있는 모터(4)의 측에 배치된다. 전자 유닛(5)이 내부에 위치하는 제1 하우징 어셈블리(2)는 단부면에서, 다시 말하면 전자 유닛(5)의 면에서 커버(33)를 통해 폐쇄되며, 커버의 밀봉을 위해 접착성 실링(34)이 제공된다. 대향하는 면에서 하우징 어셈블리들(2, 3) 사이에는 가스켓으로서 형성된 실링(35)이 위치한다.

그에 따라, 변속기 액추에이터(1)는 복수의 정적 실링(34, 35)을 통해 밀봉되고, 변속기 액추에이터는 수동 변속기 쪽을 향해 개방되며, 이는 수동 변속기의 윤활제를 통해 변속기 액추에이터(1)의 간단한 윤활을 가능하게 한다. 실링(35)은 가스켓으로서 비원형인, 즉 대부분 거의 직사각형이면서 라운딩된 횡단면을 가지며, 연결 측들(36, 37) 상에 위치하는 밀봉 표면들 상에 안착된다. 연결 측들(36, 37)의 형상에 상응하게, 실링(35)은 매끄러운 외부 윤곽부를 갖는 실질적으로 타원형인 형태를 보유한다. 실링(35)의 외부 윤곽부는, 각각 반원형 아치부들(44, 45)을 통해 서로 연결되고 서로에 대해 평행한 2개의 종방향 측면(42, 43)으로 구성되며, 그에 따라 실링(35)의 타원형 기본 형태는 폐쇄된다.

실링(35)에 의해, 변속기 액추에이터(1)의 내부 챔버는 밀봉되며, 이 내부 챔버는 부분적으로 제1 하우징 어셈블리(2)의 내부에, 그리고 부분적으로 제2 하우징 어셈블리(3)의 내부에 위치한다. 그에 따라, 각각의 하우징 어셈블리(2, 3)의 별도의 밀봉은 필요하지 않다. 변속기 액추에이터(1)의 내부 챔버는 수동 변속기의 내부 챔버로 전이되며, 변속기 액추에이터(1)에 의해 작동되는 수동 변속기의 변속기 오일을 통해 윤활된다. 변속기 액추에이터(1)의 작동 동안 전자 유닛(5) 및 모터(4) 내에서 발생하는 열은 특히 연결 측들(36, 37) 간의 평평한 접촉을 통해, 제2 하우징 어셈블리(3)를 통과하여, 변속기 액추에이터(1)에 의해 작동되는 수동 변속기의 하우징 내로 유출된다. 현저한 정도로 열을 생성하는 변속기 액추에이터(1)의 모든 컴포넌트는 직접 또는 간접적으로, 특히 열 전도성 접착제를 통해, 열 전도성이 우수한 금속 부재들 상에 평평하게 안착된다. 제1 하우징 어셈블리(2)는 그 전체로서 제2 하우징 어셈블리(3)를 바깥쪽을 향해 밀봉한다.

서로 향해 있는 연결 측들(36, 37) 상에서 하우징 어셈블리들(2, 3)은 폐쇄된 센터링 윤곽부들(38, 39)을 포함하고, 이 센터링 윤곽부들은 하우징 어셈블리들(2, 3)의 조립 시 서로 맞물리면서 변속기 액추에이터(1)의 간단하면서도 정확한 조립을 보조한다. 실링(35)은 두 종방향 측면(42, 43)의 내면들 상에 안쪽으로 향해 있는 연장편들(46, 47)(extension piece)을 포함하며, 이 연장편들은 센터링 윤곽부들(38, 39)의 중앙 영역에서 수축부의 형태에 매칭되어 실링(35)의 장착 역시 수월하게 한다.

변속기 액추에이터(1)의 조립 동안, 단일의 작업 단계로, 제1 하우징 어셈블리(2)는 기하구조적으로 정확하게 제2 하우징 어셈블리(3)에 상대적으로 포지셔닝되며, 샤프트들(10, 11)을 통해서는 구동 유닛(2)과 액추에이터 기구(3) 사이에 토크를 전달하고 각도 정보를 전송하는 연결이 동시에 형성된다. 도 1 및 도 2에서는, 추가로, 제1 하우징 어셈블리(2) 상에 제2 하우징 어셈블리(3)의 나사 조임을 가능하게 하는 4개의 나사 조임 위치(40, 41)를 각각 식별할 수 있다. 나사 조임 위치들(40, 41)은 직사각형 패턴으로 센터링 윤곽부들(38, 39)의 외부에 배치되어 간단한 방식으로 실링(35) 상에서 균일한 압착력의 형성을 가능하게 한다.

그리고 변속기 액추에이터(1)의 조립 동안, 제2 하우징 어셈블리(3)가 이미 수동 변속기와 고정 연결된 다음 비로소, 제2 하우징 어셈블리(3) 상에 제1 하우징 어셈블리(2)를 부착하여 제2 하우징 어셈블리와 나사 조임할 수도 있다. 앞서 구동 유닛(2)은 기능이 검사될 수 있으며, 이때 구동 유닛은 나사 조임 위치들(40)에 의해 검사 장치 상에 나사 조임된다. 원칙상 필적하는 방식으로, 액추에이터 기구(3) 역시도, 이 경우 이용되는 검사 장치가 제1 하우징 어셈블리(2)에 상응하는 연결 윤곽부들을 포함하는 한, 별도의 기능 검사로 검사될 수 있다. 제2 하우징 어셈블리(3)에 대한 대안으로, 구동 유닛(2)은, 또 다른 액추에이터 기구가 제2 하우징 어셈블리(3)와 동일한 센터링 윤곽부들(39) 및 나사 조임 위치들(41)을 포함하는 것에 한해, 상기 또 다른 액추에이터 기구와도 연결될 수 있다. 하우징 어셈블리들(2, 3)로 이루어진 변속기 액추에이터(1)의 모듈형 구성은, 두 하우징 어셈블리(2, 3)의 간단한 조립 및 별도의 기능 검사 외에도, 상응하는 하우징 어셈블리(2, 3)에 결함이 있는 경우, 하우징 어셈블리들(2, 3) 중 일측 하우징 어셈블리, 특히 구동 유닛(2)의 간단한 교환 역시도 가능하게 한다.

1: 변속기 액추에이터
2: 제1 하우징 어셈블리, 구동 유닛
3: 제2 하우징 어셈블리, 액추에이터 기구
4: 모터, 전기 모터
5: 전자 유닛
6: 시프팅 샤프트
7: 액추에이터 유닛
8: 스핀들 드라이브
9: 캠 기구
10: 구동 샤프트
11: 측정 샤프트
12: 구름 베어링
13: 구름 베어링
14: 외접 기어부
15: 내접 기어부
16: 링 기어
17: 감속 기어
18: 스핀들
19: 스핀들 너트
20: 구름 베어링
21: 보조 샤프트
22: 자석 지지대, 클램핑 케이지
23: 중간 기어 휠
24: 선택 포트
25: 외접 기어부
26: 내접 기어부
27: 플러그 타입 연결부
28: 자석
29: 자석
30: 센서
31: 센서
32: 인쇄회로기판
33: 커버
34: 접착성 실링
35: 실링
36: 연결 측
37: 연결 측
38: 센터링 윤곽부
39: 센터링 윤곽부
40: 나사 조임 위치
41: 나사 조임 위치
42: 종방향 측면
43: 종방향 측면
44: 아치부
45: 아치부
46: 연장편
47: 연장편
L: 선형 방향
U: 원주방향

Claims (10)

1. 정확히 하나의 모터(4)를 구비하여 변속 및 선택 과정들을 실행하기 위한 변속기 액추에이터로서,
   - 모터(4) 및 상기 모터의 작동을 위해 제공되는 전자 유닛(5)이 내부에 배치된 제1 하우징 어셈블리(2)와,
   - 변속 과정들의 실행을 위해 제공되는 스핀들 드라이브(8) 및 선택 과정들의 실행을 위해 제공되는 캠 기구(9)를 포함하는 액추에이터 유닛(7)이 내부에 배치된 제2 하우징 어셈블리(3)를
   포함하는 변속기 액추에이터에 있어서,
   2개의 샤프트(10, 11), 즉 구동 샤프트(10) 및 측정 샤프트(11)가 제1 하우징 어셈블리(2)로부터 제2 하우징 어셈블리(3) 쪽으로 연장되고,
   구동 샤프트(10)는 스핀들 드라이브(8)뿐 아니라 캠 기구(9) 모두의 입력 샤프트로서 제공되며,
   측정 샤프트(11)는 캠 기구(9)와 작동 연결된 부재(23)의 상태를 검출하고 이와 동시에 전자 유닛(5)의 컴포넌트를 형성하는 센서(30)와 상호작용하기 위해 제공되는, 변속기 액추에이터(1).
2. 제1항에 있어서, 구동 샤프트(10) 및 측정 샤프트(11)는 서로 평행하게 배치되고, 전자 유닛(5)은 두 샤프트(10, 11)에 대해 법선으로 배치되는 인쇄회로기판(32)을 포함하며, 두 샤프트(10, 11)의 회전축들은 인쇄회로기판(32)과 교차하는 것을 특징으로 하는, 변속기 액추에이터(1).
3. 제2항에 있어서, 인쇄회로기판(32) 상에, 구동 샤프트(10)와 상호작용하는 센서(31)가 배치되는 것을 특징으로 하는, 변속기 액추에이터(1).
4. 제3항에 있어서, 인쇄회로기판(32) 상에 배치된 센서들(30, 31) 중 하나 이상의 센서는, 샤프트들(10, 11) 중 하나의 샤프트와 연결된 하드 페라이트 자석(28, 29)과 상호작용하도록 형성되는 것을 특징으로 하는, 변속기 액추에이터(1).
5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 인쇄회로기판(32)은 제2 하우징 어셈블리(3)의 반대 방향으로 향해 있는 모터(4)의 측에 배치되는 것을 특징으로 하는, 변속기 액추에이터(1).
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 구동 샤프트(10)는, 링 기어(16)를 포함하는 기어 장치(17)를 통해 스핀들 드라이브(8)와 상호작용하는 것을 특징으로 하는, 변속기 액추에이터(1).
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 스핀들 드라이브(8)의 스핀들 너트(19)는 중간 기어 휠(23)을 통해 캠 기구(9)와 결합되는 것을 특징으로 하는, 변속기 액추에이터(1).
8. 제7항에 있어서, 측정 샤프트(11)는 다중 부재형으로, 하우징 어셈블리들(2, 3) 간의 축 방향 오프셋을 가능하게 하는 방식으로 형성되어 중간 기어 휠(23)에 상대적으로 회전 고정 방식으로 배치되는 것을 특징으로 하는, 변속기 액추에이터(1).
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 스핀들 드라이브(8)뿐 아니라 캠 기구(9)에 의해 선택적으로 회전 또는 선형 작동될 수 있는 시프팅 샤프트(6)가 모터(4)의 회전축에 대해 직각으로 배치되는 것을 특징으로 하는, 변속기 액추에이터(1).
10. 정확히 하나의 모터(4), 즉 전기 모터를 포함하는 변속기 액추에이터(1)를 조립하기 위한 방법에 있어서,
    - 모터(4) 및 전자 유닛(5)이 내부에 배치된 제1 하우징 어셈블리(2)가 제공되는 단계와,
    - 변속 과정들의 실행을 위해 제공되는 스핀들 드라이브(8) 및 선택 과정들의 실행을 위해 제공되는 캠 기구(9)를 포함하는 액추에이터 유닛(7)이 내부에 배치된 제2 하우징 어셈블리(3)가 제공되는 단계와,
    - 두 하우징 어셈블리(2, 3)가 전기 모터(4)의 축 방향으로 서로 끼워지되, 두 하우징 어셈블리(2, 3)의 연결 측들(36, 37) 상의 센터링 윤곽부들(38, 39)을 통해, 그리고 하우징 어셈블리들(2, 3)을 구동 및 측정 기술 측면에서 서로 연결하는 샤프트들(10, 11)을 통해, 단일의 작업 단계로, 하우징 어셈블리들(2, 3) 간에 기하학적으로 정의된 결합뿐만 아니라, 두 하우징 어셈블리(2, 3) 간에 토크 전달식 연결 및 측정 기술상 각도 위치 검출식 결합이 형성되는 단계와,
    - 제2 하우징 어셈블리(3) 상에 부착된 제1 하우징 어셈블리(2)는 기계적으로 제2 하우징 어셈블리(3)에 상대적으로 고정되며, 그에 따라 변속기 액추에이터(1)의 조립이 종결되는 단계를 포함하는, 변속기 액추에이터의 조립 방법.

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